人體就像保麗龍一樣難切?電燒刀的設計思維

  • 作者/蕭精誠

不知各位小時候有沒有用一般的刀子切過保麗龍呢?

想當初小編因為這樣做而被臭罵了一頓呢~後來長大以後才知道,原來切保麗龍應該要用可以加熱的保麗龍切割刀,只要用對刀具,就可以輕輕鬆鬆地切出漂亮的切口。

你知道嗎?同樣的原理搬到人體身上也適用哦!究竟是怎麼回事呢?讓我們來一探究竟!

用普通的刀子切保麗龍可是無法順利切割平整的喔!圖/GIPHY

外科手術,無法或缺的刀具

外科手術,講白了就是把人打開,把有病的部分喬一喬再放回去,因此「刀」成為手術過程中必要的存在。

人類早在幾千年前就開始進行外科手術,最早在石器時代,先人們便使用黑曜石製成的刀具進行手術。到了古羅馬時期,專門為進行外科手術的青銅製手術刀出現。從此,金屬手術刀便成為外科的代表,直至今日,手術室內仍可見到它的身影。

羅馬時期的手術用具,長得像刑具一樣。圖/wiki commons

然而,手術刀的使用相當看重使用者的技術及刀片的鋒利程度,若沒有漂亮的切口,便會造成傷口周遭的結締組織過度增生,造成在同部位執行第二次手術的困難度增加;另一個棘手的難題則是如果患部附近有小血管經過,或是因意外造成的出血狀況,都是傳統施術者需要克服的難題。

即使醫師手藝精湛,金屬刀具仍然會有傷口感染的風險。

既然如此,有沒有可能做出一種刀具,能讓任何人都可以輕鬆的切出漂亮的開口,既可以有效解決出血問題,還可以降低感染的可能呢?

金屬手術刀這麼不可靠,來把電燒刀吧

答案當然是肯定的!其實答案就是今天的主角「電燒刀」,而且做法還跟保麗龍刀的作法很類似,就是加熱就對了!

早在幾十萬年前人類就發現加熱過的細胞會讓性質改變(其實就是變好吃啦):

  • 當細胞被加熱至 60°C~95°C 時,會產生蛋白變性及脫水(就像是雞蛋變熟,而且煮一煮會縮水)。
  • 加熱至 100°C 會讓水沸騰,導致細胞破裂,達到殺菌的效果。
  • 當溫度來至 200°C 則時會使細胞碳化(也就是操揮搭,燒焦了)。

別小看這些古人的智慧哦,電燒刀就是利用電能產生熱,讓細胞達到高溫!

  • 當細胞被加熱至 60°C~95°C 時,可使蛋白變性,達到結紮血管的目的。
  • 加熱至 100°C 則可使細胞破裂,達到切割的目的。
  • 當溫度達到 200°C 時則可以快速且大面積的止血。
溫度(°C) 對細胞造成的影響 應用於人體的作用
60-95 蛋白質變性與脫水 血管結紮
100 細胞破裂 組織切割
200 部份有機碳化 快速止血

講到這裡應該有些讀者們應該要喊痛了吧,又是電流又是加熱的,這樣的東西真的可以運用在人體身上嗎?

電燒刀的技術特點

不用擔心,雖然這些問題的確困擾了工程師很久,但在多年的實驗與改良之下,電燒刀所使用的是交流電,頻率落在 300KHz~600KHz 之間。這段頻率既不會太低造成肌肉與神經去極化,致使患者的肌肉跳動甚至是影響到心臟功能;也不會太高造成能量散射,對其他周邊組織造成不必要的危害。甚至針對切割與止血,工程師們都設計了不同的電流波形來最佳化效果。

放心吧,電燒刀並不會造成不必要的危害。圖/Vidal Balielo Jr.@Pexels

電燒刀的概念在 19 世紀末提出,並在 20 世紀推廣至全世界,如今,不論是何種手術,電燒刀儼然是刀房內的必備工具。孔子曰:「工欲善其事,必先利其器。」有了電燒刀的幫忙,任何新手都可以輕鬆切出漂亮的開口,甚至還能夠解決困擾醫師們幾百年的出血問題。

好的工具,就是要降低使用者的門檻,讓以往需要花很多時間練習的技巧被取代,讓工具做工具該做的事,讓人類做人類該做的事。

實際上,手術用刀具還有很多種,光是電燒刀的原理就有分單極電燒雙極電燒,除此之外,超音波刀、伽馬刀、熱熔切等都是近年來發展出來的常見刀具,而本篇只是針對常見的電燒刀對其做些粗淺的介紹。

希望讀者們可以了解到其實切割人體不一定需要刀片,掌握好人體細胞的特性,動手術也可以像熱刀切奶油一樣。

本文轉載自:Unmet Needs 臨床工程專欄 人體就像保麗龍?電燒刀的設計思維

「臨床工程專欄」希望從醫工的角度出發,與讀者分享醫材開發背後的巧思。藉由介紹醫材設計的觀點、開發醫材的經驗分享,與整理相關的知識資源,讓大家得知,醫材開發,有跡可循。

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