姜凱，蘇明，劉洋，趙向前，張文智，王敬，董家鴻，黃志強

射頻消融(radiofrequency ablation，RFA)是利用交變電流產生的射頻波引起區(qū)域組織內離子與極性分子的震動摩擦而產生相應的熱效應，使腫瘤病灶的溫度升高至有效的治療溫度(蛋白質凝固變性溫度為＞55℃)并維持一定時間，以達到使腫瘤細胞完全壞死的目的[1]。射頻消融是廣泛應用于肝細胞癌的有效微創(chuàng)治療手段[2]，但是當腫瘤毗鄰主要膽管、血管、膈肌和膽囊等特殊部位時，射頻消融的實施會存在一定的不確定因素和技術問題，如果對局部高熱量傳導范圍不能進行確切控制，可能會導致腫瘤消融不完全或嚴重并發(fā)癥[3-4]。為達到腫瘤的一次性完全消融，同時避免嚴重并發(fā)癥的發(fā)生，需要了解射頻消融局部產生的高熱在肝腫瘤與組織中的傳遞規(guī)律，以達到對局部熱量熱傳導范圍(＞55℃)的有效控制。目前關于肝組織熱傳導效應(heat conduction effect，HCE)溫度、時間與傳導范圍之間的關系尚未見報道。本研究根據(jù)組織的生物物理學特性，模擬射頻消融產生的局部高熱，對射頻消融區(qū)域周圍肝臟組織中熱傳導效應的作用范圍進行初步探討，以期為臨床安全有效的射頻消融治療提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料及儀器 離體新鮮豬肝12個(青島龍大肉食品有限公司)，生理鹽水(青島制藥有限公司)，數(shù)顯生化培養(yǎng)箱(常州國華電器有限公司)，HWP系列八回路數(shù)字顯示控制儀(泰州海格儀表有限公司)，恒溫水浴鍋HHZ(江蘇新一佳儀器有限公司)。

1.2 實驗設計 采用恒溫水流作為加熱源，選取離體豬肝進行熱傳導實驗，分別設定60、70、80、90℃恒溫水流加熱，模擬射頻產生的局部熱量，探討局部加熱條件下離體肝組織內溫度場的變化及規(guī)律，以組織內溫度達到＞55℃為標準測定熱傳導效應的有效作用范圍。

1.3 實驗步驟 ①取新鮮豬肝中較大肝段(＞10cm×8cm×6cm)，置于恒溫生化培養(yǎng)箱內保溫。待豬肝各部溫度達到預定溫度(36.5℃)時準備實驗；②將自制的加熱循環(huán)回路按順序依次連接好，選擇金屬鋼管(直徑5mm)貫穿豬肝加強熱量傳遞；③安裝測溫熱電偶，設定電偶與加熱源之間的距離分別為5、10、15、20、25、30、35、40mm。整個體系如圖1所示。重復步驟①和②兩次，同樣采集數(shù)據(jù)，取相同距離采溫點的平均值。

圖1 離體豬肝熱傳導性熱源控制系統(tǒng)與熱傳導溫度測試裝置示意圖Fig.1 Heat source control system and heat conduct temperature measurement apparatus used for testing heat conduction effect in detached porcine liver (schematic layout)Add saline into thermostatic water bath (A), making the flow of water through detached porcine liver (B) in thermostatic biochem ical incubator bypass metal tube (black arrow), and flowing into saline collector (C). D was the arrangement of digital temperature controller and multiple temperature probes

1.4 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)溫度穩(wěn)定后，打開閥門控制水的流量，使金屬加熱管的溫度維持目標溫度。記錄時間間隔為200、400、600、800、1000、1200、1400、1600、1800、2400s時溫控儀顯示的溫度數(shù)據(jù)，于不同熱源溫度(60、70、80、90℃)條件下，獲取測溫熱電偶所測定的溫度數(shù)據(jù)。

1.5 圖像采集 采集實驗開始前恒溫處理豬肝與實驗40m in后不同熱源溫度(60、70、80、90℃)下豬肝大體病理學標本圖像。

2 結 果

2.1 數(shù)據(jù)采集結果 距離采溫點5mm處，60℃組在40m in后最高溫度僅52℃(且在5～10mm范圍內隨時間增加均不能達到55℃)；70℃組在10m in時達到55℃；80℃組在7m in時達到55℃，17m in后維持在62～63℃；90℃組僅3m in即達到55℃，6.5m in后隨時間增加溫度維持在62.5～68.0℃。距離采溫點10mm處，80℃組在40min后達到55℃，但隨時間增加再無明顯變化；90℃組25m in后持續(xù)維持在55℃以上(圖2)。

2.2 圖像采集結果 60℃組在5mm范圍內，鋼管周圍肝組織顏色略有變化；70℃組在5mm范圍內肝組織色澤變深褐色，邊緣稍隆起，10mm采溫點無明顯變化；80℃組10mm范圍內，色澤變白色，并出現(xiàn)凹陷，10mm采溫點外無明顯變化；90℃組10mm范圍內變化顯著，呈現(xiàn)白色明顯凝固凹陷(圖3)。

3 討 論

1992年，MeGahan等[5]和Rossi等[6]首先采用原始射頻消融電極的熱力學原理進行動物肝臟滅活實驗，產生的中心環(huán)狀凝固性壞死直徑小于1.0cm，且普通單電極一次最大破壞半徑約為1.6cm，壞死區(qū)域形狀類似射頻頭端，呈圓柱狀，很難達到無縫一次消融。Goldberg等[7]對射頻消融電極形狀與破壞范圍的關系進行了研究，發(fā)現(xiàn)兩者在長度方面呈線性相關。Rossi等[6]報道破壞范圍大小與治療過程中組織有效的平均溫度有關，治療溫度高于50℃時，組織開始凝固變性，破壞區(qū)域隨溫度增加而擴大，然而，當溫度達到110℃后組織迅速碳化，阻抗增大，反而影響熱量的有效傳遞，降低治療效果。

圖2 不同熱源溫度條件下測溫熱電偶所測定的溫度數(shù)據(jù)Fig.2 Temperature data detected by thermocouple at different temperature of heat sourceA. 60℃ thermostat group; B. 70℃ thermostat group; C. 80℃ thermostat group; D. 90℃ thermostat group

圖3 不同熱源溫度條件下的肝臟圖像Fig.3 Liver image at different temperature of heat sourceA. Liver manifestation and heating tube (white hollow arrow) at 36.5℃ thermostat; B. 60℃ thermostat group [only tissue around tube showed slight change in color (white hollow arrow), solid arrow pointed to probe at 5mm away from the tube]; C. 70℃ thermostat group [liver tissue changed into dark brown was seen in 5mm circum ference, and the margin apophysis was seen (white hollow arrow), however, no change at 10mm point (white solid arrow)]; D. 80℃ thermostat group [color extended to 10mm circum ference changed into white and the surface sunk down (white hollow arrow), outside of which showed no change (white solid arrow)]; E. 90℃ thermostat group [obviously changed into white and sinking (white hollow arrow) inside of 10mm circum ference, and the black solid arrow was pointing at 10mm temperature probe]

根據(jù)Stauffer提出的在生物體中適用的物理學導電公式P=|I|2/32π2r4σ(P為功率，I為電流強度，r為到電極的間距，σ為組織的導電性)推導，射頻消融電流會在較短距離內將電能轉化為熱能，迅速接觸引起的局部溫度過高、組織脫水及氣化會導致阻抗升高，熱傳導效率降低，從而影響能量的有效擴散[8]。研究顯示，采用冷循環(huán)模式的射頻消融治療儀，治療過程中始終維持頭端溫度20℃左右，可較大程度提高熱傳導效率，有效增加“破壞”覆蓋范圍[5-7]。Goldberg等[7]則探討了通過電阻調控射頻消融電流幅度的方式增大治療半徑的方法。上述研究著重強調了射頻消融技術對肝組織的有效直接破壞范圍，對肝腫瘤完全消融的臨床實際應用起到了重要的指導作用。隨著射頻消融設備與方法的不斷改進，消融范圍的改善，腫瘤的完全消融率逐漸提高[9-10]。然而，若腫瘤毗鄰主要膽管(距離＜0.5cm以內)時，因處于射頻消融治療的直接破壞范圍內，將對膽管造成嚴重的完全損傷并發(fā)癥。因此，在射頻消融覆蓋的直接范圍之外，了解熱傳導效應的有效破壞范圍，對既達到腫瘤的完全消融，同時也避免對膽管的完全損傷具有重要的臨床意義。

為深入了解熱沉降效應(heat-sink effect，HSE)的局部能量衰減作用，Rossi等[11]采用活體豬肝進行研究，結果發(fā)現(xiàn)適當?shù)娜敫窝髯钄鄷U大破壞半徑，即Pringle's法﹥門脈阻斷﹥肝動脈阻斷﹥無血流阻斷。本研究采用實驗熱源模擬射頻消融的區(qū)域溫度，取用新鮮離體豬肝，無入肝與出肝血流(即全肝阻斷)，模擬Pringle's法，使得肝組織熱傳導溫度衰減最小，而破壞范圍達到最大限度。

在本實驗所設定的40m in時間范圍內，隨著采溫點距離的增加，溫度衰減加劇，尤其當采溫點距離＞15mm時，在4個不同的加熱溫度下，所測溫度均處于55℃以下，不能達到組織凝固變性，表明該模擬條件下，對于離體肝臟組織來說，單純熱傳導效應引起的有效組織凝固變性距離在15mm以內。在距離熱源相等的采溫點，熱源溫度越高，達到目標溫度(55℃)所需要的時間越短。如在10mm處的采溫點，80℃組達到55℃以上需要40m in，90℃組僅需25m in即可，而其他兩組(60℃與70℃)在實驗時間內則無法達到目標溫度；在5mm處，70℃、80℃與90℃組達到55℃的時間分別為10min、7min與3min(圖2)。這些數(shù)據(jù)的臨床意義在于，應使膽管等重要器官處于射頻消融的直接作用范圍外，并根據(jù)射頻消融區(qū)域溫度及時調整電極位置及持續(xù)時間，通過熱沉降效應毀損膽管壁等特殊部位的腫瘤組織，以達到一次性完全消融的目的，避免因射頻消融直接導致的嚴重并發(fā)癥。

終止熱源后，觀察肝組織大體病理學標本變化發(fā)現(xiàn)，隨著熱源溫度的升高，熱源中心附近組織凝固變性的范圍依次增加。當熱源溫度在70℃以上時，10m in以內有效作用半徑均可達到5mm。80℃、90℃組在距加熱管中心10mm的范圍內均可達到55℃以上，就有效治療溫度的范圍而言，與60℃與70℃兩組相比有明顯差異。其中，90℃組的破壞范圍較理想，其覆蓋同樣距離所需的時間也最短，保證了熱量傳遞的有效性。因此，熱源溫度控制在80～90℃，時間持續(xù)25～40m in，熱傳導效應的有效作用范圍在10mm。在肝臟處于正常血流灌注的情況下，在射頻消融治療過程中加強直接消融范圍內的能量給予，提高消融區(qū)域溫度，使之維持在80℃以上，并持續(xù)必要的作用時間，可達到利用熱沉降效應毀損膽管壁處的腫瘤，并避免膽管完全損傷的目的。當腫瘤靠近較大血管(直徑＞3mm)時，熱沉降效應使熱量衰減，理論上將減小熱傳導效應作用的有效范圍，但有待活體動物實驗進一步研究證實。

綜上所述，本研究結果顯示，熱源維持足夠高的溫度(＞80℃)和作用時間，可以提高熱傳導效應的有效覆蓋范圍。當熱源溫度維持在80～90℃、持續(xù)25～40m in時，熱傳導效應可使周圍肝組織10mm范圍邊緣達到55℃以上的治療溫度。

[1] Lau WY, Leung TW, Yu SC, et al. Percutaneous local ablative therapy for hepatocellular carcinoma:a review and look into the future[J]. Ann Surg, 2003, 237(2): 171-179.

[2] Ansari D, Andersson R. Radiofrequency ablation or percutaneous ethanol injection for the treatment of liver tumors[J]. World J Gastroenterol, 2012, 18(10): 1003-1008.

[3] Soon JL, Jeyaraj PR, Agasthian T. Thoracic complications of radiofrequency ablation of recurrent hepatoma[J]. Ann Acad Med Singapore, 2008, 37(1): 75-76.

[4] Kim YS, Rhim H, Lim HK, et a l. Hepatic infarction after radiofrequency ablation of hepatocellular carcinoma with an internally cooled electrode[J]. J Vasc Interv Radiol, 2007, 18(9):1126-1133.

[5] MeGahan JP, Brock JM, Tesluk H, et al. Hepatic ablation with use of radio-frequency electrocautery in the animal model[J]. J Vasc Interv Radiol, 1992, 3(2): 291-297.

[6] Rossi S, Fornari F, Pathies C, et al. Thermal lesions induced by 480 kHz localized current field in guinea pig and pig liver[J].Tumori, 1990, 76(1): 54-57.

[7] Goldberg SN, Gazelle GS, Dawson SL, et al. Tissue ablation with radiofrequency: eff ect of probe size, gauge, duration, and temperature on lesion volume[J]. Acad Radiol, 1995, 2(8): 399-404.

[8] Miao Y, Ni Y, Mulier S, et al. Ex vivo experiment on radiofreguencyliver ablation with saline infusion through a screw-tip cannulated electrode[J]. J Surg Res, 1997, 71(1): 19-24.

[9] Rhim H. Com p lications of radiofrequency ab lation in hepatocellular carcinoma[J]. Abdom Imaging, 2005, 30(4): 409-418.

[10] Livraghi T, Goldberg SN, Lazzaroni S, et al. Hepatocellular carcinoma: radio-frequency ablation of medium and large lesions[J]. Radiology, 2000, 214(3): 761-768.

[11] Rossi S, Garbagnati F, De Francesco I, et al. Raltionship between the shape and size of radiofreguency induced thermal leisions and hepatic vascularization[J]. Tumori, 1999, 85(2): 128-132.