影響射頻消融灶尺寸的若干因素研究

曹維拯，嚴(yán)錢錢，孫毅勇，劉寶林△

（1.上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海200093；2.上海微創(chuàng)電生理醫(yī)療科技有限公司，上海201318）

1 引 言

射頻消融是指300～1500 kHz的高頻交變電流作用于靶點(diǎn)，通過(guò)電流的熱效應(yīng)使靶點(diǎn)及其周圍的組織發(fā)生凝固性壞死，從而達(dá)到治療的目的。作為一種新型的醫(yī)學(xué)手段，射頻消融憑借其良好的治療效果以及能夠減小創(chuàng)傷和患者痛苦等特點(diǎn)，越來(lái)越成為治療心律失常的重要方法［1］。

臨床手術(shù)中，受設(shè)備條件和實(shí)際情況的限制，心房顫動(dòng)射頻消融高度依賴術(shù)者的經(jīng)驗(yàn)，并不能直接根據(jù)消融灶的尺寸判斷消融的成功與否，因此，存在復(fù)發(fā)率較高、經(jīng)常需要再次消融等問(wèn)題［2－4］。

射頻能量所能形成的消融灶的形態(tài)和尺寸，直接影響射頻手術(shù)的效果。其中消融灶的尺寸，主要考量的是深度（d）和直徑（φ）兩個(gè)指標(biāo)。它們都受到射頻功率（P）、作用時(shí)間（T）、電極和組織的接觸力（F）以及電極尺寸、初始阻抗、心腔內(nèi)血液流速等因素的影響［5－6］。

研究發(fā)現(xiàn)，在一定的參數(shù)范圍內(nèi)，消融灶尺寸隨功率、時(shí)間、接觸力等三個(gè)主要的獨(dú)立因素（其他影響因素，如初始阻抗，與接觸力密切相關(guān)，并非獨(dú)立因素）的增大呈顯著的增大趨勢(shì)［7］。若能確定這種相關(guān)性，即可通過(guò)功率（P）、時(shí)間（T）、接觸力（F）預(yù)測(cè)或者判斷消融灶的大小。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1 消融材料準(zhǔn)備

實(shí)際消融中，心臟內(nèi)表面凹凸不平，射頻能量的傳輸將受導(dǎo)管電極貼靠方式的影響［8］。本實(shí)驗(yàn)中為排除其他因素的干擾，選用新鮮離體豬心，取左心室心肌，切成表面平整、厚度約1.2～1.5 cm（消融灶深度通常為3～7mm）的均勻塊狀，固定于覆有背極板的平臺(tái)之上，浸沒(méi)在盛有生理鹽水并維持恒溫37℃的水箱中，10 min后，再開(kāi)始消融。

2.2 導(dǎo)管

微孔灌注導(dǎo)管因其良好的降溫特性，允許傳遞更多的能量，能造成更大的射頻消融灶［9］，也是未來(lái)導(dǎo)管發(fā)展的主要方向，因而本實(shí)驗(yàn)中選取的是直徑為2.45 mm的66孔灌注導(dǎo)管（Fire magicSupercoolTM，上海微創(chuàng)電生理醫(yī)療科技有限公司），孔徑大小0.09 mm。

2.3 射頻消融系統(tǒng)

射頻消融系統(tǒng)為微創(chuàng)Optim Ablate觸屏控制射頻治療儀及灌注泵，能夠?qū)崟r(shí)顯示溫度、功率和阻抗的變化曲線。圖1為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，恒溫水箱和蠕動(dòng)泵始終處于工作狀態(tài)。射頻儀啟動(dòng)后，導(dǎo)管電極和背極板之間形成回路，對(duì)豬心臟切片放電。同時(shí)灌注泵從燒杯中汲取冷鹽水對(duì)消融灶進(jìn)行灌注，以降低組織溫度，提高消融效率。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig 1 Diagram of the experimental system

2.4 參數(shù)選擇

臨床手術(shù)中，導(dǎo)管電極放電功率（P）、導(dǎo)管與組織之間的接觸力（F）都是實(shí)時(shí)改變的量。為探究F、P、T與d／φ之間的關(guān)系、簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程及方便數(shù)據(jù)分析起見(jiàn)，本實(shí)驗(yàn)中將F、P置為恒定值。

射頻儀選擇功率模式，放電時(shí)間分別設(shè)為30、45、60 s［10］。通過(guò)前期實(shí)驗(yàn)及查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，功率30 w及以上時(shí)，發(fā)生組織爆裂的概率大大增加［7］，因此本實(shí)驗(yàn)中功率檔分別設(shè)為 15、20、25 W［11］。

灌注泵與射頻儀聯(lián)動(dòng)，放電前自動(dòng)以2 ml／min的流速灌注 2 s，正常流速設(shè)定為 17 ml／min［7］，灌注所用生理鹽水置于室溫環(huán)境（26±1℃）。

蠕動(dòng)泵模擬血液對(duì)于導(dǎo)管和組織接觸處的沖刷作用，設(shè)定流量為 150 ml／min［10］，皮管口距離靶點(diǎn)1.5 cm［12］，方向水平。

接觸力通過(guò)在導(dǎo)管末端懸掛砝碼控制，取值分別為 10、15、20、25、30、35 g［10］，誤差不超過(guò) ±2 g。

2.5 數(shù)據(jù)測(cè)量與記錄

放電結(jié)束后取出豬心切片，沿消融灶表面長(zhǎng)軸縱向解剖，用電子游標(biāo)卡尺（精度0.01 mm）測(cè)量其最大消融深度和最大直徑各三次，并取其平均數(shù)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，相應(yīng)數(shù)據(jù)取其平均數(shù)。

3 結(jié)果和分析

3.1 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，25 w、35 g、60 s的條件下發(fā)生了2次組織爆裂，應(yīng)予以剔除并重新實(shí)驗(yàn)，最終共得到三組162個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而得到不同功率和作用時(shí)間下消融灶的直徑 －壓力、深度－壓力關(guān)系曲線，見(jiàn)圖2。

圖2 消融灶的直徑／深度與壓力的關(guān)系Fig 2 Relationship between contact force and diameter／depth of the ablation lesions

由圖可知，當(dāng)時(shí)間和功率確定時(shí)，消融灶的深度／直徑隨壓力的增大而總體呈現(xiàn)出較為明顯的增大趨勢(shì)；相同壓力和相同功率的點(diǎn)，因放電時(shí)間的不同，其深度／直徑呈現(xiàn)出明顯差異，時(shí)間越長(zhǎng)，深度／直徑越大；對(duì)比放電時(shí)間相同而功率不同的曲線，功率越大，消融灶的深度／直徑也越大，表明它們之間存在正相關(guān)的關(guān)系。

3.2 模型建立

實(shí)際消融過(guò)程中，由于受到呼吸、心臟跳動(dòng)以及射頻儀工作模式的影響，接觸力和射頻放電功率是時(shí)刻變化的，Nakagawa等所提出的射頻消融灶的深度／直徑與接觸力、射頻功率、作用時(shí)間（F－P－T）的關(guān)系式［13］如下：

其中C為系數(shù)，T是設(shè)定的作用時(shí)間。CF表示電極和組織的接觸力，本研究中以F表示，P表示射頻功率。

本實(shí)驗(yàn)中，接觸力F、射頻功率P保持恒定，作為特殊情況之一，理應(yīng)具有類似于（1）的函數(shù)關(guān)系，其中的不定積分將變成定積分，最終得如下表達(dá)式：

而通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)［14－15］可知，豬心切片消融實(shí)驗(yàn)中，消融灶的深度d或直徑φ隨著作用時(shí)間T的增大而增大，但某一時(shí)刻后將趨于穩(wěn)定，故對(duì)式（2）做相應(yīng)的修正，得到式（3）。

3.3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)式（3）進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后，可得：

以lnφ為響應(yīng)變量，以ln F、ln P、ln T為自變量，通過(guò)Minitab軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做多元線性回歸分析，可得：

其中P＜0.001，模型具有顯著性，R2＝0.9487，即lnφ中94.87%的變異可通過(guò)回歸模型（5）進(jìn)行解釋，殘差圖見(jiàn)圖3?！皻埐钆c順序”圖中，殘差值隨機(jī)地在水平軸上下無(wú)規(guī)則波動(dòng)，說(shuō)明殘差值之間是相互獨(dú)立的；“殘差與擬合值”圖中，無(wú)漏斗形或喇叭形，圖形正常，殘差保持等方差性；由正態(tài)概率圖及直方圖可知，殘差值符合正態(tài)分布。

以ln d為響應(yīng)變量，以ln F、ln P、ln T為自變量，通過(guò)Minitab軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做多元線性回歸分析，可得：

其中P＜0.001，模型具有顯著性，R2＝0.9390，即lnφ中93.90%的變異可通過(guò)回歸模型（6）進(jìn)行解釋，殘差圖見(jiàn)圖4?！皻埐钆c順序”圖中，殘差值隨機(jī)地在水平軸上下無(wú)規(guī)則波動(dòng)，說(shuō)明殘差值之間是相互獨(dú)立的；“殘差與擬合值”圖中，無(wú)漏斗形或喇叭形，圖形正常，殘差保持等方差性；由正態(tài)概率圖及直方圖可知，殘差值符合正態(tài)分布。

將式（5）、（6）做對(duì)數(shù)還原，可得 d／φ關(guān)于 F、P、T的最終的關(guān)系表達(dá)式：

將實(shí)驗(yàn)設(shè)定值代入式（7）或式（8），即可得d或φ的預(yù)測(cè)值，通過(guò)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，可以考察通過(guò)式（7）或式（8）對(duì)d或φ做預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，結(jié)果見(jiàn)圖5。對(duì)圖5中的散點(diǎn)做線性擬合，所得直線近似于y＝x，擬合優(yōu)度較高，即表明實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值的重合度較高，式（7）及式（8）的準(zhǔn)確性良好。

3.4 討論

實(shí)驗(yàn)中6種壓力值，通過(guò)導(dǎo)管自重加砝碼獲得。前期準(zhǔn)備時(shí)，以高靈敏度電子秤取代放置切片的平臺(tái)，每種壓力值下進(jìn)行10組測(cè)量，可得導(dǎo)管加砝碼后的實(shí)際總質(zhì)量M1，并與期望壓力值 M（10、15、20、25、30、35 g）進(jìn)行比較。經(jīng)多次調(diào)試，平均誤差可控制在±1 g范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)差不大于±1.5 g，符合實(shí)驗(yàn)要求［6］。

前期實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)功率、時(shí)間和壓力的取值較大時(shí)，發(fā)生爆裂和擊穿的概率顯著增加。本實(shí)驗(yàn)宗旨在探討三種獨(dú)立因素與消融灶深度、直徑之間的關(guān)系，為獲得更準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)擴(kuò)大消融灶深度、直徑的變化范圍，并避免發(fā)生爆裂和擊穿，故而選取了厚度較大的豬心臟左心室肌肉進(jìn)行切片。

圖3 lnφ殘差圖Fig 3 Residual plot of lnφ

圖4 ln d殘差圖Fig 4 Residual plot of ln d

Nakagawa等所進(jìn)行的活體狗閉胸實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于深度d和直徑φ的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性分別為±1 mm（90%）、±2 mm（80%），本實(shí)驗(yàn)所擬合的表達(dá)式與之相比具有更好的準(zhǔn)確性，體現(xiàn)了選用左心室肌肉切片的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)擬合過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，功率P對(duì)擬合結(jié)果的貢獻(xiàn)度最大，為 43.94%（d）、57.04%（φ）；時(shí)間 T居次，為40.12%（d）、27.83%（φ）；而貼靠力 F的貢獻(xiàn)度為9.85%（d）、10.00%（φ），與之前所查閱文獻(xiàn)中的結(jié)果有所出入，則可能是由于左心室肌肉與實(shí)際消融中的靶點(diǎn)位置存在結(jié)構(gòu)、功能的差異，以及實(shí)驗(yàn)條件、所選定的參數(shù)范圍不同所致。

圖5 預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性Fig 5 Prediction accuracy

消融灶受到的影響要素眾多，且實(shí)際消融過(guò)程中，由于心臟的跳動(dòng)及其他不可控原因，導(dǎo)管與心肌組織間的接觸力是時(shí)刻變化的［16］，若通過(guò)F、T、P的設(shè)定值對(duì)d或φ進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，尚需做更深入的研究。

4 結(jié)論

體外豬心切片消融實(shí)驗(yàn)作為心臟消融的特例，消融灶的深度d或直徑φ與射頻功率（P）、作用時(shí)間（T）、電極和組織的接觸力（F）之間，應(yīng)具有和臨床消融實(shí)驗(yàn)類似的關(guān)系。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，加入關(guān)于放電時(shí)間T的冪指數(shù)項(xiàng)Tγ后，所得到的函數(shù)關(guān)系式擬合優(yōu)度良好，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值對(duì)比，準(zhǔn)確性較高。

我們認(rèn)為，Nakagawa等所提出的預(yù)測(cè)d或φ的積分公式，未考慮到一定時(shí)間后消融效果增長(zhǎng)趨近于零的情況，應(yīng)當(dāng)在積分符號(hào)外加入關(guān)于放電時(shí)間T的冪指數(shù)項(xiàng)Tγ，其中γ＜1。

本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可用來(lái)作為相同參數(shù)范圍內(nèi)的體外豬心切片消融實(shí)驗(yàn)的參考，指導(dǎo)消融灶大小與功率、壓力、時(shí)間等因素之間關(guān)系的進(jìn)一步研究。