第二节　关节镜专用设备

关节镜设备分为成像系统、光源系统、动力系统、等离子射频系统、资料采集处理系统。成像系统由成像主机、摄像头、耦合器、关节镜镜头组成。根据摄像系统的晶片不同，分为单晶片、复合晶片和三晶片，其成像的清晰度有所不同。目前成像系统多为高清摄像系统（图1-5）。

关节镜镜头为基本的成像器械之一，在关节镜金属筒的两端分别为物镜和目镜，在物镜与目镜之间是一系列柱状透镜系统，将影像由物镜传到目镜。光源系统由光源主机和光导纤维构成，在透镜的周围为光学纤维，将光源通过光纤投到物镜端。动力系统主要为动力刨削系统。等离子射频系统在术中具有切割、消融、止血、皱缩的作用，自20世纪90年代大大促进了关节镜外科的发展。

一、关节镜

关节镜是关节镜系统的核心部分，包括透镜系统、光导纤维、光缆接口、金属鞘和目镜或摄像头接口五个基本组成部分。在关节镜中有三类基本光学系统：传统的薄透镜系统、Hopkins杆形透镜系统、分度指数透镜系统。在传统的薄透镜系统中，光线和影像经一组透镜系统传达到目镜，再将图像传送到术者的视野，目前该系统已很少使用。现代关节镜大多采用杆形透镜系统，其中光导纤维占镜头横截面的很小部分，可以将高强度冷光传入关节提供照明，而透镜则占镜头直径的大部分，将关节内的影像传出，经电视摄像成像系统传输到监视器屏幕上。

关节镜头直接关系到关节镜手术图像质量的好坏，而关节镜的光学性能由其直径、倾斜角度和视野等决定。关节镜的直径为1.9～7mm，其中4mm关节镜最常用，1.9mm和2.7mm的关节镜通常应用在肘、腕、踝等小关节。物镜的倾斜角度是指关节镜筒纵轴与视野中心线（透镜表面垂线）所形成的角度，目前常用的关节镜倾斜角度有0°、25°、30°、70°。物镜的倾斜角度不同，所观察到的视野也不同。视野是指透镜所包括的视角，随关节镜的类型而变化，视野与镜筒大小成正比。0°关节镜主要观察物镜前方的组织。70°倾斜角关节镜可观察到物镜侧面的物体，旋转镜筒观察的视野较广，可经髁间切迹观察膝关节后内或后侧关节腔，但是视野中心有盲区，不适用于手术操作。目前的关节镜可以通过低温等离子体进行灭菌消毒，也可耐高温高压消毒（图1-6）

二、光导纤维与光源系统

早期的关节镜光源是在关节镜前配备的150W白炽灯，术者直接通过目镜观察关节内情况。现代关节镜都是在监视器监视下进行操作，通过目镜观察法进行手术已成为历史。监视器的成像质量对于光源的要求更高，冷光源和光导纤维很好地解决了这一问题。目前临床使用的是300XL氙光源，适合内镜手术的需要，可用于任何镜下微创外科手术（图1-7、图1-8）。光导纤维一端连在光源上，另一端连在关节镜上，光缆的长度对光的传导有一定的影响，据文献报道，光缆每增加0.3048m（1英尺）就减少光传导8％。

三、成像系统

关节镜的成像系统具有良好的视野和自由的操作。经典而完整的摄录系统包括摄像头、摄像主机、监视器、录像机、照相机、彩色打印机、多媒体等（图1-9、图1-10、图1-11）。目前临床使用的数字化高清晰逐行扫描摄像系统，功能齐全，图像还原细腻逼真。有些公司已经将摄像机、照相机和打印机整合为一体的多功能数字记录仪。目前成像系统更趋于人性化、数字化和小型化。通过数字化成像系统，对术中的图像资料进行拍摄和录像，生动记录手术过程，为术后随访、科研、教学和可能的医疗鉴定提供翔实而客观的证据。

四、电动刨削动力系统

刨削器主要用于刨削和清理半月板及滑膜组织，清除剥脱的软骨碎片或软骨成形等。电动刨削器一端连接刨削手柄和吸引器（图1-10），旋转动力缆与动力箱（图1-11）及足踏开关相连（图1-12）。刨刀由外层中空外鞘和内层带有窗口的旋转套管组成。内鞘窗如同在外层中空管中旋转的双刃圆筒状刀片，窗口内的负压将组织吸引进来，刀片旋转时切断并吸出组织碎块，收集在吸引瓶中。为适应不同部位和功能的需要，现已设计出各种各样的刨削头（图1-13）。刨削头的直径通常为3～5.5mm，不同的尺寸用于不同的关节。使用电动刨刀时必须注意防止“过度抽吸”。

当冲洗液流出大于流入（即流空现象）时会发生过度抽吸，抽吸的湍流在关节内产生气泡，影响视野观察。为防止这种情况的发生，应减少抽吸的强度，增加水量充分充盈扩张关节腔。为了维持关节腔内恒定的压力，还可以在进水管上安装压力水泵系统。在旋转刨刀启动前，要确定切削窗的位置，刨削刀的窗口应始终保持在视野内。当使用电动刨削时，关节镜出水口应半关闭，使切削的组织填满窗口，以减少过度抽吸。边吸引边切削，即可将软骨表面绒毛状碎片或滑膜组织切削掉。磨削器可用于磨削骨及软骨面，去除骨赘。

五、射频等离子刀

射频汽化技术于20世纪末应用以来，逐渐在临床上得到广泛应用，在国际上被称为关节镜手术器械的又一次革命，在关节镜手术中占有越来越重要的地位。射频汽化技术又称等离子低温消融术（Coblation）或电凝刀，是一种全新的等离子体组织消融技术，包括各种射频主机（图1-14）和不同型号的刀头（图1-15）和射频脚踏开关（图1-16）。

射频等离子刀的原理是通过特定频率（100kHz）的强射频磁场，将电解液激发为低温等离子态，在电极前形成厚度约为100μm的等离子层（图1-17），其中的自由带电粒子获得足够的能量，可以打断分子键，使靶组织细胞以分子为单位分解（图1-18），最终在低温下形成切割和消融效果，这种消融效果仅存在于靶组织的表层。当射频所产生的能量值低于产生等离子体的阈值时，组织的阻抗会产生热效应，从而具有皱缩和止血的作用。等离子射频是一种低温分解技术而非机械切割及热切割，可以将热效应的温度精确控制在工作温度（40～70℃），既确保胶原蛋白分子螺旋结构皱缩，又保持了细胞的活力，其能量不直接作用于组织上即能实现靶组织的有效消融，因此对周围组织仅有微小损伤。传统的高温热消融技术的工作原理是使分子间摩擦产生热量，再通过热量使蛋白凝固、坏死，对正常组织的损伤较大。

学者们对等离子射频的安全性进行了评估。Turner等在羊软骨损伤模型中比较了双极射频消融与传统机械刨削清理的作用。将28个羊膝关节随机分为两组，分别使用刨削刀或射频清理。术后即刻、6周、12周、24周处死动物，通过改良的Mankin法进行评分。大体观察软骨表面，显微镜下观察软骨细胞、基质的蛋白多糖，以及空泡或嗜伊红细胞的出现（提示软骨细胞坏死）等，结果发现射频组优于刨削组。刨削刀打磨去除了过多的健康软骨，软骨表面不平滑，难于阻止软骨病变的加重。双极射频对软骨的破坏较少，是一种较好的手术方式。Kaplan等取6例全膝关节置换术截取的股骨髁软骨，采用射频对软骨分别使用不同档位模拟关节镜下治疗，对标本进行组织学观察，评估射频对软骨细胞活性的影响以及射频的辐射深度，结果发现治疗区退变的软骨表面光滑，软骨细胞活性和基质与对照组相比没有显著差异，治疗后损伤软骨表面均无纤维化趋势。等离子射频能量对软骨细胞的损伤较小，进行软骨修整相对安全。Amiel等使用两种双极射频刀头对牛膝软骨面进行清理，术后在共聚焦显微镜（CLM）下用双荧光染色的方法评估软骨细胞的活性，同时以35SO4同位素法评估软骨基质代谢活性，结果发现，射频对牛正常膝关节清理后局部光滑，界限清晰，软骨细胞的损伤深度为100～200μm，对软骨基质无明显影响。Lu研究了射频能量对软骨细胞表面光滑度及对软骨细胞活性的影响，结果表明，软骨细胞损伤的数量及软骨细胞损伤的深度随软骨修整时间的延长而增加。

我们进一步对比了高频电刀及等离子刀不同档位（电凝模式2档、电凝模式7档、消融模式2档、消融模式7档）对软骨损伤的程度。研究表明，与高频电刀相比，等离子刀对软骨的损伤较轻；等离子刀的不同档位有不同的作用，对软骨损伤的程度也不相同。电凝模式以及消融模式的低档位（如2档）产生热量较多，适合用于止血、关节囊皱缩、韧带皱缩等操作；消融模式的高档位产生热量较少，对软骨损伤较小，适合进行软骨清理等操作（图1-19、图1-20）。

总之，关节镜下应用双极射频清理关节软骨损伤是安全有效的，且等离子刀清理优于刨削刀及高频电刀等清理方式。但是应用何种能量设置更加安全、有效，最大程度减少对周围正常软骨的损伤，仍需进一步研究。根据不同情况选用不同的能量设置，更好地发挥其效果。

手术时要根据不同的目的选择不同的档位。以Arthrocare Systerm2000系统为例，行软骨清理时，可以选用较高能量档位（如7档），能够充分激发离子溶液中的离子形成等离子层，发挥切割、消融组织的作用，同时保持较低的温度。使用较高档位的好处还包括可以尽量缩短软骨修整的时间，减少多余热能在软骨表面作用的时间。在对充血滑膜或小出血点进行止血时，或对内侧髌股韧带进行皱缩时，可选用较低档位（2～3档），主要利用刀头产生的热能使蛋白质凝固，达到止血、皱缩组织的作用。尽管等离子刀头的温度较低，但如果在同一个位置长时间切割同让可以造成能量聚积，对软骨细胞造成损伤。为避免热量聚积，应使刀头匀速在损伤软骨表面往复活动，并避免长时间连续消融，同时以生理盐水持续对关节腔进行灌洗，可以带走多余的热量及碎屑，保持视野清晰。术后冰袋冷敷患膝24h可达到止血、止痛目的。

射频广泛应用于软骨、滑膜等组织的清理、修整、切除，还可做交叉韧带和肩关节囊紧缩术以及肌腱炎的治疗。对于半月板损伤的手术，特别是退变的半月板后角的修整，更加方便快捷。