可弯曲水冷微波消融针经气管猪肺外周消融的相关性研究

袁海宾 潘玉均 朱 莉 陶广昱 孙加源,4 李 红

肺恶性肿瘤的治疗目前包括手术、局部消融、化疗、放疗、靶向药物及免疫治疗[1-2]。但其中一部分符合手术指征的病人因严重的心肺功能不全不能耐受手术切除，局部消融成为有效的替代治疗方案[3]，而在姑息性消融也占据了重要的治疗地位[4]。消融包括热消融（射频消融、微波消融等）及冷消融（冷冻）[4-5]。目前微波消融（microwave ablation， MWA）因疗效佳、更适合巨大肿瘤（≥3cm）、热减退效应少，临床上应用逐步更为广泛[6]。但是传统的消融均通过经皮操作，可能引起与经皮穿刺相关的并发症（如气胸、穿刺针道转移等）[7]。目前随着气管镜介入技术的飞跃发展，经支气管镜可精确到达外周病变[8]，同时并发症（气胸）发生率明显降低[9]。经气管镜引导下可弯曲的微波消融针在导航技术引导下可以精确到达外周病变并且达到肿瘤消融，避免气胸及局部针道转移的风险。

我们采用国产2450MHz水冷循环MWA系统，以猪肺为研究对象，通过调整微波输出功率和消融时间，评价经气管镜引导下可弯曲的水冷微波消融针在猪肺外周消融的效果观察，为临床应用提供参考。

方 法

这项研究协议是由上海市胸科医院伦理委员会批准的(KS1610)。

1.实验材料

屠宰场购买实验当天的新鲜离体成年猪肺，共18副；健康家猪3头，体重60～65kg。微波消融系统为南京康友医疗科技有限公司生产（KY-2000），输出频率为2450±10MHz，输出功率 0～80W，消融时间0～15min。可弯曲水冷内镜微波消融针（KY-2AAP-49H，专利号：201620582789）（图1），长度为1150mm，直径1.9mm，最大输入功率80W。

2.实验方法

2.1 离体实验：新鲜离体猪肺平铺在操作台上，气管插管，呼吸机Drager控制通气，潮气量550ml，频率12次/min，压力支持16mpa，呼气末正压4mpa，肺膨胀稳定。

设备经气管镜定位离体猪肺膈叶外周肺组织，左、右肺各布置1个消融点（n=36），设定不同的功率组（50W，60W，70W，80W）和不同时间组（3min，5min，8min），每项设定参数下重复3次。

2.2 活体动物实验：健康家猪行麻醉后，行气管插管，CT扫描排除术前肺部炎症，行气管镜检查分别定位于双侧膈叶第二主开口分支，X线透视下将微波天线送达肺外周，行微波消融治疗，参数设定80W，5min。术后即刻、24小时、1周、2周行肺部CT扫描（图1）。

3.测量与计算

消融结束后，沿靶支气管管腔切开已消融的肺组织，其内灰白色区域认定为消融区。明确消融范围后测量消融长径（long diameter， Dl），短径（short diameter， Ds）。

4.统计学分析

采用SPSS 20.0统计软件作统计学分析，结果以均数±标准差（Mean±SD）表示。整组分析采用多因素多水平方差分析；采用多元线性回归分析法，将Dl、Ds分别作为因变量，功率和时间作为自变量，进行多元线性回归拟合。P＜0.05为差异有统计学意义。测定决定系数（R2），并建立预测模型。

结 果

离体实验结果：不同输出功率及时间所产生的消融灶形态特点见图 2A，其中80W×8min时消融累及胸膜。

Dl、Ds数据见表 1，随着功率增加（50～80W），Dl、Ds逐渐增大（P＜0.01）；随着时间的增加（3～8min），Dl、Ds逐渐增大（P＜0.01），功率与时间无交互作用（PDl=0.50，PDs=0.40）。

Dl的多元线性回归分析见表 2，Ppower＜0.01，Ptime＜0.001，提示功率、时间与Dl存在多重线性关系，测定决定系数（R2）=0.91，提示模型的拟合效果好。预测模型见图 2B。

Ds的多元线性回归分析见表 2，Ppower＜0.001，Ptime＜0.001，提示功率、时间与Ds存在多重线性关系，决定系数（R2）=0.85，提示模型的拟合效果好。预测模型见图 2C。

表1 不同输出功率和时间在离体猪肺外周微波消融后病灶大小（平均数±标准差）

表2 经气管可弯曲微波消融术在离体猪肺外周消融功率、时间与范围的多重线性回归

活体实验结果：活体动物消融后气管镜下黏膜稍偏白提示热损伤，管腔结构仍完好；CT上表现为消融区域混合密度增高影，周围可见圆形晕区围绕，未及出血、气胸等严重并发症。24小时后CT可见消融区域周围稍增大，1周、2周病灶逐步缩小至实性结节样改变，期间未发生空洞、感染等严重并发症（图1）。

图1 微波消融主机及可弯曲水冷内镜微波消融针（左侧）。气管镜联合透视引导下微波消融以及消融后不同时间CT表现（右侧）。A1.消融术中气管镜下；A2.术后气管镜下表现粘膜泛白，管腔结构完好；B1.术中X线透视正位；B2.术中X线侧位；C1.消融术后即刻CT表现；C2.24小时CT表现；C3.1周CT表现；C4.2周CT表现（CT病灶为箭头指示）。

图2 不同输出功率、时间所产生的离体消融灶形态特点(A)和长径(B)、短径(C)预测模型。总分（total points）=时间分数（time points）+功率分数（power points），取得对应平均长径(mean Dl)或者对应平均长径(mean Dl)。例如 ： 图 B 中 Points (5min）+ Points (80W)=Total points=97.1， 对应 mean Dl=20.98mm。 Dl： 长径 ； Ds： 短径。lm regression： 多重线性回归。 **Ppower ＜0.01， ***Ptime＜0.001。

讨 论

经气管镜引导的软杆射频消融已应用于肺外周病变的治疗，但消融范围不甚理想[10]。主要原因为射频消融受血流和气流影响较大[4]，肺部恶性肿瘤中有相当大的一部分在影像学上有磨玻璃表现[11]，病理提示含有气体[12]，从而影响射频消融传递效应，导致消融范围存在很大的局限[13]。相反，由于微波消融的特性更适合含有气体的肺部肿瘤消融，可引起更大的消融范围，图像影像引导下经皮微波消融已广泛应用于肺肿瘤中[14]。然而目前临床上气管镜引导下微波消融因消融针无法弯曲导致主要用于解除中央型肺癌的阻塞[15]。我们通过对微波消融针的改进，将针杆改为可弯曲材料并且能有效保护了延长的杆内同轴电缆，增加长度及柔性弯曲度，达到与治疗型气管镜的兼容要求，从而可随气管镜达到肺外周病变引起热消融凝固性坏死。

通过建立正常通气下膨胀肺模型研究气管镜引导下的肺外周微波消融大小范围及模型预测。对凝固性坏死区的测量，结果显示随着功率增加或者时间的延长，微波消融灶的长径、短径均逐渐增大，且不同功率及不同时间的消融灶的大小均有统计学差异。长径、短径的线性回归模型可见时间的变化较功率变化的影响更为明显，同时模型的拟合效果好（长径、短径R2均接近于1），预测模型可通过选择不同功率及时间得到分数后预测相应的消融范围。根据消融是否累及胸膜建议消融参数功率80w以内，时间8min以内（推荐5min）。

近年来气管镜技术蓬勃发展，如磁导航、径向超声引导技术等[16-17]，均可指导达到肺外周病变，且并发症（气胸等）明显少于经皮操作活检的风险，提供了有效的手段达到外周肺组织的靶向位置，同时减少并发症的发生。经过活体动物的实验CT提示明显的消融区域形成，同时未出现严重的并发症，术后恢复良好，因此经气管镜引导的可弯曲水冷微波消融技术完全可能可以成为一种有效的且更为微创的外周肺组织的消融方法。

本研究的局限性在于使用的是正常通气的猪肺模型，可能与活体肺内的实性及含气的肿瘤性质不同。不过在离体猪肺下的微波消融模型的建立提示以后可通过活体肿瘤消融后病灶图像（如CT下测量）重新建立模型指导临床。