離體豬胰腺鈥激光消融的實驗研究

邢鈴 王東 王凱旋 張曉蘭 張華高 金震東

鈥激光是以釔鋁石榴石(YAG)為激活媒質，摻入敏化離子鉻(Cr)、傳能離子銩(Tm)、激活離子鈥(Ho)的激光晶體(Cr∶Tm∶Ho∶YAG)制成的脈沖固體激光裝置產生的新型激光。鈥激光的優(yōu)點：(1)波長為2 140 nm，恰位于水的吸收范圍，易于被水吸收；(2)脈沖時間0.25 ms，遠遠小于組織熱傳導時間(1 ms)，故對周圍組織損傷極小，組織穿透深度小于0.4 mm，術后反應輕，傷口愈合快[1]；(3)脈沖式激光的熱效應僅于組織表層，脈沖之間的冷作用限制了組織的損害；(4)使用光纖傳輸，可與各種內鏡或穿刺針聯合使用；(5)手術中通過氣化進行治療，修整組織邊緣光滑有坡度，止血效果好；(6)對術中的監(jiān)護儀器無干擾；(7)鈥激光可借助內鏡用于對人體組織進行消融、氣化、切除、凝固及碎石治療。鑒于以上優(yōu)點，鈥激光已被應用于泌尿外科[2-3]、皮膚科[4]、神經外科[5-8]及耳鼻喉科[9]等諸多疾病的治療。本研究觀察不同參數設置的鈥激光對離體豬胰腺的消融范圍，為內鏡超聲引導下鈥激光對胰腺腫瘤的臨床應用提供實驗基礎。

材料和方法

一、實驗材料及設備

新鮮離體豬胰腺，體質量為0.75～1 kg。鈥激光治療機，鈥激光光纖(端發(fā)射)及配套的電極踏板均由美國科醫(yī)人醫(yī)療激光公司提供。

二、實驗方法

根據鈥激光的能量、時間、頻率3個作用參數，在預實驗基礎上確定的可取值范圍內各分別取5個數值進行不同組合，建立一個包含125種不同組合的隨機化參數表。光纖消融之前，先剝離光纖末端的外包層約2 mm，露出光纖芯，使其頭端透光(紅色指引光)。然后將光纖插入離體豬胰腺頭部或體部，設置參數表中的參數，踩下電極踏板開始消融，共行125次消融。消融后超聲內鏡探頭測量消融范圍，然后沿光纖剖開胰腺，用游標卡尺(精確度0.05 mm)測量消融灶的長徑(a)、短徑(b)及斜徑(c)。長徑指消融灶在光纖所在直線上的最大距離的一半；短徑指消融灶在垂直于光纖的直線上的最大距離的一半；若組織均勻，光纖在組織中均勻分布，則斜徑等于短徑。由于鈥激光的光纖為頭端發(fā)射光纖，所以消融灶的形狀類似橢圓球體，消融灶體積V=4/3πabc。完整切下消融部位，10%甲醛固定，HE染色，光鏡下觀察組織學改變。

三、統(tǒng)計學處理

結 果

一、消融灶的內鏡超聲征象

消融部位呈云霧狀高回聲區(qū)，隨著時間的延長，云霧狀區(qū)域呈橢圓形逐漸擴大(圖1)。

圖1 消融灶的內鏡超聲征象

二、消融灶的胰腺組織學改變

切開消融部位，肉眼見消融灶截面近似橢圓形，中心為碳化壞死組織，有許多細微的小顆粒，邊緣為灰白色損傷區(qū)，與周邊正常胰腺組織分界較清晰。鈥激光的能量越大，消融范圍越大(圖2)。顯微鏡下見消融灶中間為“水池樣”空腔，周圍為胰腺組織凝固性壞死區(qū)，胰胞結構不清，核固縮，染色質濃染，壞死胰腺組織的四周可見炎癥細胞浸潤，邊緣為正常的胰腺組織(圖3)。

圖2 參數為25 s、5 Hz、1.0 J(a)及25 s、5 Hz、1.8 J(b)的鈥激光消融灶

圖3 參數為25 s、5 Hz、1.0J(a)及25 s、5 Hz、1.8 J(b)鈥激光消融灶的組織學改變(a ×10,b ×20)

三、不同參數鈥激光對消融灶體積的影響

鈥激光的作用時間、頻率、能量均呈正方向影響消融灶的體積，當作用時間延長、頻率增強或能量增加時，消融灶的體積也會隨之增大，其中頻率的影響程度最強，其次是時間，再次是能量(P值均<0.01，圖4)。分析總共125次的實驗樣本，沒有發(fā)現參數對消融灶體積的拐點，即在現有的5個數值水平上，數值越大，消融灶體積也就越大，最優(yōu)的參數組合是25 s，25 Hz，1.8 J。此外，時間與頻率，頻率與能量之間存在交互作用。在不同時間作用下頻率的變化對消融灶體積的影響存在差異；同樣，在不同頻率作用下時間的變化對消融灶體積的影響亦存在差異。在不同頻率的作用下能量的變化對消融灶體積的影響存在差異；同樣，在不同能量的作用下頻率的變化對消融灶體積的影響亦存在差異，且差異均具有統(tǒng)計學意義(表1)。

圖4 鈥激光作用不同時間(a)、頻率(b)、能量(c)后消融灶體積的變化

表1 鈥激光作用時間、頻率、能量效應的檢驗表

以時間、頻率、能量為變量和取對數后的體積為因變量的線性回歸模型的方程式為ln(消融體積)=β0+β1×時間+β2×頻率+β3×能量(β為回歸系數)，模型的決定系數R2=0.68。分析結果表明該模型能夠較好地解釋不同參數組合下體積的變化(表2，圖5)。

表2 消融灶體積線性回歸分析模型的系數及檢驗值

討 論

胰腺癌是惡性程度較高的腫瘤之一，其發(fā)病快，病死率高，手術緩解率較低，且創(chuàng)傷大，預后不良，平均生存期不足半年，故胰腺癌的治療已經成為醫(yī)療工作者致力于研究的重點。內鏡超聲引導下治療胰腺腫瘤已經成為重要的治療手段，主要有內鏡超聲引導下的無水乙醇注射治療[10-11]、放射性粒子植入治療[12-15]、射頻消融治療及釹-釔-鋁激光治療[16-17]、雙頻激光消融治療等等。內鏡超聲引導下的光動力消融治療目前只有活體豬正常胰腺的實驗報道[18-19]，尚未應用于臨床。

圖5 消融灶體積線性回歸分析模型的擬合值與實際值的分布圖

本研究應用鈥激光對豬正常胰腺進行消融治療。雖然鈥激光的能量、時間、頻率有較多的可設定值，但由于鈥激光作用強度較劇烈，幾秒鐘就可使組織達到明顯壞死，故本研究在大量預實驗的基礎上，設定既可以使組織壞死，又考慮到以后體內實驗安全性的可取值的范圍。在此范圍內，3個參數各取5個數值，其中時間及頻率都是成倍遞增的，而能量的每個數值之間相差0.2 J，人為地減少了能量對作用范圍的影響。

為了模擬人體環(huán)境溫度，在實驗前首先將離體胰腺在37℃溫箱內預熱，這樣所得到的消融范圍更接近于人體。同時為了模擬胰腺腫瘤周圍血管及組織液的環(huán)境，本研究組進行了有水及無水兩種環(huán)境下鈥激光消融的實驗，即將離體豬胰腺浸入緩沖液中和未浸入緩沖液中兩種狀態(tài)。預實驗證明，這兩種狀態(tài)下所獲得的消融范圍相似，本實驗是將豬胰腺放入緩沖液中。

本研究結果顯示，鈥激光的作用時間、頻率、能量均呈正方向影響消融灶的體積，且時間與頻率、頻率與能量之間存在交互作用，并建立以時間、頻率、能量為變量和取對數后的體積為因變量的線性回歸模型的方程式，為下一步內鏡超聲引導下鈥激光消融治療胰腺腫瘤的體內實驗提供實驗依據。

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