新型低溫等離子手術系統（NTS-100）對豬皮膚切割愈合的實驗評價

李捷，鐘鈺婷，趙進，管清鈺，朱軍永，王全勝，朱蕓生，李席如

解放軍總醫院 第一醫學中心 普通外科乳腺專病中心，北京 100853

引言

自1920年植物生理學博士William T.Bovie研制出第一臺電外科設備——電凝刀，開創電外科時代以來[1]，電外科設備已廣泛應用于當前外科手術中[2]。傳統高頻電刀采用高頻電流產生熱效應，切割組織的同時實現有效止血，提高手術效率。但電刀局部工作溫度在切割模式下可達200℃、凝血模式下可達300℃，對鄰近組織造成熱損傷，導致組織灼傷、愈合不良等不良副反應[3-4]。單極低溫等離子手術刀是近年來電外科史上一種革命性技術，采用脈沖射頻能量，將刀頭觸及的組織細胞液分解為等離子體，裂解組織細胞，達到切割和凝血的效果，顯著減少電熱能造成的側向熱損傷（Lateral Thermal Damage，LTD）和組織愈合不良，有望取代高頻電刀[5-7]。目前僅有國外生產的低溫等離子手術刀（Pulsed-Electron Avalanche Knife，PEAK）用于臨床，國內尚無自主研發的相關產品。解放軍總醫院聯合湖南菁益醫療科技有限公司致力于單極低溫等離子手術系統的研究，通過多年努力，在此基礎上成功研制出了新型低溫等離子手術系統（NTS-100），打破了國外技術壟斷，填補了我國無低溫等離子技術應用于開放手術的空白[8-9]。本實驗采用活體豬的皮膚模型，通過與高頻電刀（Valley）、PEAK比較，評價新型低溫等離子手術系統（NTS-100）對豬皮膚切割愈合的影響，評價指標包括出血量、疤痕寬度、炎性細胞的浸潤程度及疤痕拉力強度。

1 材料與方法

1.1 實驗動物和分組

健康巴馬小型豬6頭，21～25 kg/10～13月齡，雄性，普通級，由北京實創世紀小型豬養殖基地提供，許可證號SCXK（京）2013-0008。飼養單位為中國人民解放軍總醫院第四醫學中心動物實驗中心，實驗前在實驗室已飼養1周，無異常情況。

按照切口操作設備及模式的不同，實驗設為7組，分別為手術刀片組；高頻電刀組（Valley）：切割40檔和凝血40檔；低溫等離子手術刀組（PEAK）：切割6檔和凝血8檔；新型低溫等離子手術系統組（NST-100）：切割60檔和凝血80檔，即：① 手術刀片組（Scalpel，SC）；② 高頻電刀切割模式組（Conventional Electrosurgery on Cut Mode，ESC）；③ 高頻電刀凝血模式組（Conventional Electrosurgery on Coagulation Mode，ESCo）；④ 低溫等離子手術刀切割模式組（The PEAK Plasma Blade on Cut Mode，PBC）；⑤ 低溫等離子手術刀凝血模式組（The PEAK PlasmaBlade on Cut Mode，PBCo）；⑥ 新型低溫等離子手術系統切割模式組（New Low-Temperature Plasma Surgery System on Cut Mode，NPC）；⑦ 新型低溫等離子手術系統凝血模式組（New Low-Temperature Plasma Surgery System on Cut Mode，NPCo），共 7 組。

1.2 實驗設備

新型低溫等離子手術系統（主機：NTS-100；刀頭：NTS-001，湖南菁益醫療科技有限公司）；低溫等離子手術刀（主機：低溫等離子手術系統PS100-102；刀頭：PEAK PlasmaBlade 3.0S）；高頻電刀（主機：Valleylab FORCEFX-8C；刀頭：電極A5)。

1.3 實驗流程和皮膚切口設計

在巴馬小型豬的背部脊柱兩側，如上分組及設定模式功率，各做一個長3 cm，間隔2 cm與脊柱平行的縱行切口，即每只實驗動物背部有一排7個切口，相鄰兩個切口間距2 cm，最中間的切口位于距離脊柱3 cm處。為防止因皮膚厚度不同產生誤差，六只動物背部皮膚切口的操作順序由四種器械輪流進行（圖 1）。每次均以正常皮膚切開速度同速且勻速切開，深達皮膚全層。實驗開始當天記為0，第21、28、35和42天各為一次實驗時間點，每個時間點的手術過程按如上分組進行，在第42天將實驗動物安樂死后，獲取皮膚愈合時間為1、2、3和6周的皮膚標本。

圖1 皮膚切口設計示意圖

1.4 出血量計算

在每種器械進行切開操作后，取一片無菌濾紙覆蓋于切口上，將1 min內的出血全部吸附于濾紙上，用電子分析天平（JA1003B，上海越平科學儀器有限公司）稱定吸附有血液的濾紙片的總重量，即可計算每種器械操作時的出血量（出血量=總重量-濾紙重量）。

1.5 組織病理檢測

按愈合時間記為1、2、3和6周，切取每只實驗動物背部2 cm×1 cm皮膚標本（包含切口疤痕）進行組織病理學檢測，HE染色后在顯微鏡下觀察并測量各設備造成切口愈合后的瘢痕寬度，用Image J圖像處理軟件測定瘢痕寬度，評估愈合程度。同時對皮膚標本進行免疫組化染色，通過CD3標記T淋巴細胞、CD68標記巨噬細胞，在100倍顯微鏡下觀察皮膚組織中棕黃色陽性細胞的個數，拍照，利用Image-Pro Plus圖像處理分析軟件進行分析處理及計數，評估炎癥反應程度。

1.6 疤痕拉力強度

獲取愈合時間分別為1、2、3和6周的皮膚標本，將包含瘢痕的全層皮膚標本修整切成2 cm×1 cm大小。用生物力學材料試驗機（MTS Bionix 858，美國MTS公司）拉開切口瘢痕直至徹底崩裂，記錄此時的最大拉力，測試瘢痕拉力強度（圖2）。

圖2 生物力學材料試驗機測定皮膚瘢痕拉力強度

1.7 統計方法

實驗數據采用SPSS 17.0軟件進行統計學分析處理，數據服從正態分布，且方差齊。數據以均數±標準差表示，多組間樣本均數比較采用單因素方差分析，P<0.05為有統計學差異，P<0.01為有顯著性統計學差異。

2 結果

2.1 出血量計算

NTS-100操作后的出血量比手術刀明顯減少（P<0.01）；與Valley、PEAK比較，出血量較多（P<0.01）（表1）。結果提示NTS-100的止血效果優于手術刀，但與Valley和PEAK相比，NTS-100工程樣機的止血性能有待改進。

表1 各設備操作后1分鐘內出血量比較（±s）

表1 各設備操作后1分鐘內出血量比較（±s）

注：n=18；aP<0.001，與新型低溫等離子手術系統（NTS-100）切割模式對比；bP＜0.001，與新型低溫等離子手術系統（NTS-100）凝血模式對比。

操作設備 模式 分類 出血量/g P值 統計值手術刀 0.410±0.291a＜0.001 Valley 0.014±0.007a＜0.001切割模式PEAK 0.020±0.009a＜0.001新型低溫等離子手術系統（NTS-100）F=12.1493 P<0.001 0.046±0.034電外科設備Valley 0.012±0.010b＜0.001凝血模式0.041±0.024 PEAK 0.018±0.011b＜0.001新型低溫等離子手術系統（NTS-100）F=15.8770 P<0.001

2.2 疤痕寬度

NTS-100在愈合時間為1周時的瘢痕寬度均顯著小于Valley相對應模式（P<0.01）。NTS-100皮膚標本的瘢痕寬度在愈合時間為2、3和6周時的瘢痕寬度均小于Valley 2、3和6周相對應模式，有統計學意義（P<0.05）。NTS-100與PEAK在愈合時間相同相對應模式下，瘢痕寬度的對比無統計學差異（P>0.05）。結果提示NTS-100的瘢痕形成較Valley小（圖3～4，表2）。

圖3 各手術裝置相同愈合時間的瘢痕寬度對比

圖4 愈合時間分別為1、2、3和6周的疤痕寬度比較

2.3 炎癥細胞浸潤

2.3.1 T淋巴細胞浸潤

T淋巴細胞免疫組化染色結果在不同時間點的各設備組中具有不同分布情況。通過Image-Pro Plus圖像處理分析軟件處理分析計數可以看出，各設備在0周時間點T淋巴細胞浸潤較少，在1周時間點時T淋巴細胞浸潤最多，之后隨著時間的推移，2、3、6周時間點的浸潤數逐漸減少。

在愈合時間為1、2和3周時，手術刀片組的T淋巴細胞浸潤數明顯少于其他各組（P<0.05）；在愈合時間為6周時，手術刀片組與NTS-100切割模式組之間無統計學差異。在愈合時間為1周和2周時，各設備組之間的同模式下無顯著差異；在愈合時間為3周和6周時，PEAK、NTS-100在切割、凝血模式下分別與Valley的相同模式具有顯著差異（P<0.01），但NTS-100與PEAK之間無統計學差異（圖5～6，表 2）。

圖5 T淋巴細胞免疫組化染色結果

圖6 愈合時間分別為0、1、2、3和6周的T淋巴細胞浸潤數

2.3.2 巨噬細胞浸潤

巨噬細胞免疫組化染色結果在不同時間點的各設備組中具有不同分布情況。巨噬細胞浸潤數量隨時間變化同T淋巴細胞。即通過Image-Pro Plus圖像處理分析軟件處理分析計數可以看出，各設備在1周時間點時巨噬細胞浸潤最多，之后隨著時間的推移，2、3和6周時間點的浸潤數逐漸減少。

在愈合時間為1、2和3周時，手術刀片組的巨噬細胞浸潤數明顯少于其他各組（P<0.05）；在愈合時間為6周時，手術刀片組與NTS-100切割模式組之間無統計學差異。在愈合時間為1周和2周時，各設備組之間的同模式下無顯著差異；在愈合時間為3周時，NTS-100在切割、凝血模式下分別與Valley的相同模式具有顯著差異（分別為P<0.01和P<0.05），但NTS-100與PEAK之間無統計學差異；在愈合時間為6周時，PEAK、NTS-100在切割、凝血模式下分別與Valley的相同模式具有顯著差異（P<0.05）（圖7～8，表 2）。

表2 各設備操作后對豬皮膚切口愈合評價指標的比較（±s）

表2 各設備操作后對豬皮膚切口愈合評價指標的比較（±s）

注：n=6；**P<0.01，與新型低溫等離子手術系統（NTS-100）對比；*P<0.05，與新型低溫等離子手術系統（NTS-100）對比。

切割模式 凝血模式項目 SC ESC PBC NPC ESCo PBCo NPCo疤痕寬度/μm 1周 336.587±162.890*1806.617±254.372**1023.3680±266.121 847.9250±146.943 2285.386±334.232**1259.6817±165.343 893.7277±151.942 2周 130.605±23.055*907.152±180.281*830.199±360.154 593.696±232.071 1591.094±254.284*1163.824±211.416 830.904±143.469 3周 102.447±18.675*861.145±219.715*904.347±55.709 412.890±160.994 1075.201±490.276 931.086±92.515 728.059±127.176 6周 90.667±31.182*669.394±182.444*464.391±90.935 366.206±100.260 722.071±167.581*633.405±84.487*392.539±81.264 T淋巴細胞計數1周 215.00±28.242*366.67±50.262 355.50±49.209 337.50±44.948 401.67±60.328 375.50±82.718 365.00±52.242 2周 156.50±24.006*299.67±40.272 288.83±31.346 285.67±19.500 325.33±29.070 316.00±36.797 308.50±31.463 3周 102.17±15.497*247.83±24.045**169.33±38.640 165.67±65.332 288.00±27.225**216.67±54.581 210.33±65.938 6周 58.17±12.287 130.33±17.061**88.33±10.652 75.17±14.497 186.67±21.087**116.33±13.441 101.00±17.967巨噬細胞計數1周 132.33±16.597**214.67±43.871 208.33±15.488 210.67±41.495 246.00±33.251 241.17±20.634 241.00±39.350 2周 101.33±15.756*195.00±40.492 177.17±19.395 187.83±42.546 211.17±29.587 211.83±12.057 210.17±33.891 3周 77.67±16.452**161.83±33.469**139.33±21.021 122.00±13.416 180.17±33.689**166.83±16.339 151.33±24.468 79.33±9.331疤痕拉力強度/N 1周 9.71±4.54 0 0 0 0 0 0 2周 48.81±37.08 6周 39.00±12.961 83.17±8.329**61.00±17.561*44.17±5.636 107.83±9.109**96.50±8.550*10.91±2.72 7.32±5.16 12.25±6.27 8.52±5.67 11.02±4.04 17.32±7.43 3周 116.62±60.70*30.39±16.68*29.50±12.12 59.52±13.36 40.01±27.49*30.55±16.93 68.91±22.40 6周 334.08±92.65*167.62±47.24 146.65±50.45 159.77±57.54 168.05±38.46 124.98±107.85 118.88±49.46

圖7 巨噬細胞免疫組化染色結果

圖8 愈合時間分別為0、1、2、3和6周的巨噬細胞浸潤數

2.4 疤痕拉力強度

通過生物力學材料試驗機測定切口愈合時間為1、2、3、6周的皮膚標本，對比各設備切開操作造成切口的愈合強度。在測定過程中，愈合時間為1周的皮膚標本除手術刀片組外，其余各組標本均在生物力學材料試驗機產生拉力前裂開，未產生有效拉力值。

在觀察各組皮膚標本拉力測定時，同一愈合時間手術刀片組與NTS-100組斷裂時切口組織比較均勻一致。同組皮膚標本相比，愈合時間越久，斷裂時切口組織較為均勻一致。實驗結果表明：NTS-100在愈合時間為3周時的瘢痕拉力強度為切割模式（59.52±13.36） N，凝血模式（68.91±22.40） N，均強于Valley相對應模式的拉力強度[切割模式（30.39±16.68） N，凝血模式（40.01±27.49）N]，具有統計學差異（P<0.05），在各時間點，NTS-100與PEAK之間無統計學差異（圖9，表2）。

圖9 在愈合時間分別為1、2、3和6周的拉力強度對比

3 討論

傳統手術中，由于切割精度高、組織完整性良好和切口愈合優異，手術刀是手術過程的主要切割工具，但其無法同時實現止血，限制在臨床中的廣泛應用[6]。本實驗所采用的對比設備——高頻電刀開啟了電外科時代，解決了手術刀片無法同時止血的問題，切割與止血同步提高了手術效率，推動了外科學的發展。但電外科設備依靠電熱能對組織的切割和止血，其不可避免帶來熱損傷，造成組織脂肪液化、傷口愈合不良等副作用[10-11]。在實際操作中，電外科手術的安全性和有效性與外科醫生對這些技術及其應用的了解程度以及對電外科手術潛在并發癥的認識程度相關。如在神經外科手術和甲狀腺外科手術中，傳統電外科設備應用受限，其可能造成急性和亞急性神經損傷，引起暫時性或永久性功能障礙[12-14]。因此，科學家們不斷改進手術設備，尋求新的能量轉換方式，探索新型電外科設備，如超聲刀、LigaSure雙極血管封閉系統，提高凝血性能的同時減輕側向熱損傷[15-16]。

低溫切割、凝血是現代外科學的關鍵技術，對減少瘢痕形成、促進組織愈合等有著重要價值。PEAK是近年來電外科設備發展史上的突破性進展，應用脈沖射頻技術，將人體組織內的電解質液激發為等離子體，利用激發過程中產生的動能斷裂細胞肽鍵，達到切割組織的效果，不依靠電流的熱效應。在相對較低的工作溫度下實現切割和凝血效果，顯著減少熱損傷[17]。多項研究表明，低溫等離子手術刀可以在兔、牛、人的眼部組織中精確解剖組織，減少組織熱損傷，促進組織愈合，甚至可在液體介質中操作[18-20]。目前，這一技術已在國外廣泛應用于臨床[21-22]，美國食品和藥物管理局批準其用于耳鼻喉科手術中軟組織的切割和止血。一項隨機對照試驗證實，低溫等離子手術刀在成人扁桃體切除術的應用使得術后恢復更快，更早實現無痛吞咽[23]。

本實驗中的研發設備——新型低溫等離子手術系統（NTS-100），填補了我國無低溫等離子技術應用于開放手術的空白。在低溫等離子手術系統的基礎上，改進和優化手術電極和工作主機，改進了手術電極前端釋放等離子體的拘束狹縫，選擇了更優化的主機頻率，使得切割更鋒利，凝血更可靠。

T淋巴細胞、巨噬細胞作為切口愈合時期炎癥反應階段的主要參與細胞，在本實驗中作為評估炎癥反應程度的重要指標。炎性細胞的過度浸潤影響愈合，疤痕形成增加[24]。本實驗結果表明，新型低溫等離子手術系統（NTS-100）的皮膚標本在各時間點的疤痕寬度均小于高頻電刀，愈合時間為3周和6周時的T淋巴細胞和巨噬細胞浸潤顯著少于高頻電刀。因此，新型低溫等離子手術系統（NTS-100）減少疤痕形成，可能與其局部工作溫度較低、組織熱損傷減小及炎性細胞浸潤減少有關。可進一步研究和探討電外科設備對疤痕形成的影響，這在整形外科手術領域的應用中尤為重要。

瘢痕拉力是對切口愈合能力及穩定性的有效評價指標，瘢痕拉力大意味著瘢痕內部穩定性強，愈合效果好。在實驗中，新型低溫等離子手術系統（NTS-100）造成的切口愈合后拉力強度僅次于手術刀造成的切口瘢痕，在愈合時間為3周時強于高頻電刀。本實驗結果可能與組織熱損傷小、炎性細胞浸潤程度較低有關，炎性反應影響表皮的再生，持續的炎性細胞浸潤影響瘢痕形成的穩定性。因此，新型低溫等離子手術系統（NTS-100）的切口愈合效果較好。

4 結論

本實驗評估了新型低溫等離子手術系統（NTS-100）對豬皮膚切口愈合的影響。通過與高頻電刀、PEAK的比較，綜合多個檢測指標（出血量、瘢痕寬度、炎性細胞浸潤程度、組織瘢痕拉力強度等），證明了新型低溫等離子手術系統（NTS-100）減少瘢痕形成，提高切口愈合強度，改善術后外觀效果。既往動物實驗已證明，新型低溫等離子手術系統與高頻電刀止血效果相當，具有可靠的安全性，因而可滿足微創精細手術的要求。

當前的實驗數據均為動物實驗，單極低溫等離子手術系統將在臨床中投入使用，團隊人員將繼續收集臨床數據，不斷優化和改進產品，以適應和滿足臨床需求。