基于超聲引導的不同功率和能量的Nd:YAG激光消融效果的對比試驗研究

【作 者】陳松旺，徐大華，顧建平

南京醫(yī)科大學附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）超聲科，南京市，210006

結節(jié)性甲狀腺腫和甲狀腺結節(jié)的發(fā)病率近年來有提高趨勢。治療甲狀腺結節(jié)的方法有手術法、射頻消融法和藥物治療法。激光熱消融治療甲狀腺結節(jié)可偶見國外有學者報道[1-8]，治療病變包括良性甲狀腺結節(jié)[1-4]、高功能腺瘤[5]和甲狀腺乳頭狀癌[8]。治療結果顯示，激光熱消融治療后結節(jié)明顯縮小，高功能腺瘤患者的甲狀腺激素水平明顯下降，甲狀腺乳頭狀癌病灶內(nèi)細胞完全壞死。激光熱消融治療中，國外不同學者所用的激光功率和能量不同，分別為（1～7）W、（500～3000）J不等。但何種功率和能量組合更能取得較好的消融效果，是本研究的目的，詳述如下。

1 激光消融甲狀腺的原理

激光儀的主要部分為激光發(fā)生器，其產(chǎn)生的Nd:YAG激光是近紅外線激光，波長為1064 nm，具有較好的穿透深度。

激光消融甲狀腺組織的機理為激光與甲狀腺組織間的熱效應，導入組織的熱能與使用的激光能量呈線性關系[9]。光子為組織生色基團所吸收，轉(zhuǎn)化為熱能，組織被加熱到高于某一特定溫度并持續(xù)一定的時間，則蛋白質(zhì)發(fā)生凝固變性，其他的熱效應包括氣化和炭化[10]。氣化可引起爆炸性的組織破裂（爆米花效應），尤其當其發(fā)生在溫度最高點附近時。炭化可以顯著增加組織熱量吸收，從而減少組織穿透距離，并縮小壞死區(qū)域。過度高熱還可能引起光導纖維本身的損壞[9]。

2 方法

2.1 實驗儀器

激光儀由意大利百勝公司提供，型號為Echo Laser X4，波長為1064 nm的Nd:YAG激光，光纖為直徑300 μm的石英光學纖維，功率(0～7)W，能量范圍(500～1800)J連續(xù)可調(diào)。彩超儀為意大利百勝MyLab9.0，超聲探頭頻率(6～18)MHz。

2.2 實驗材料

離體新鮮豬甲狀腺140只，由南京放心肉供應基地提供。

2.3 實驗步驟

(1)剪剔離體新鮮豬甲狀腺周圍的脂肪、筋膜及肌肉組織，并編號。

(2)根據(jù)激光功率和能量的不同組合，分4組：500 J、900 J、1350 J和1800 J組。每能量組再按激光光纖的功率又分為1 W、2 W、3 W、4 W、5 W、6 W和7 W組。每種組合消融離體豬甲狀腺5只。

(3)將離體豬甲狀腺平放于操作臺上，在超聲引導下用21GPTC針從甲狀腺一端穿刺，進入其實質(zhì)部。在到達甲狀腺實質(zhì)居中部位后，再通過PTC針置入激光光纖，確認位置合適后，將PTC針后退約10 mm，使激光光纖前端約10 mm直接接觸甲狀腺實質(zhì)，見圖1。

圖1 激光消融前，可見穿刺針及前端激光光纖（+—+間）Fig.1 Puncture needle and fiber tip of laser are showed before laser ablation

(4)調(diào)節(jié)好激光發(fā)生器的功率及能量設置，啟動激光發(fā)生器開始消融。用超聲實時觀察消融過程。在消融開始后短時間內(nèi)，可顯示激光光纖周圍甲狀腺組織回聲不規(guī)則增強，隨著治療時間的推移，回聲增強范圍不斷向外擴展，并在增強回聲后方產(chǎn)生聲影，見圖2。觀察激光發(fā)生器的顯示器，當能量顯示器到達設定數(shù)字時，立即停止消融。

圖2 激光消融后，可見消融區(qū)域甲狀腺組織內(nèi)強回聲及后方聲影Fig.2 Hyperechogenicity and acoustic shadow in ablation thyroid are showed after laser ablation

(5)消融結束后，退出激光光纖，PTC針暫留甲狀腺內(nèi)。沿PTC針長軸剖開甲狀腺，測量消融灶和空洞的長徑和厚徑。再在其最大橫切面處橫切，測量消融灶和空腔寬徑。

2.4 病理學檢查

將解剖的消融灶組織置于10%福爾馬林溶液中固定，然后行病理切片、染色及顯微鏡下檢查。進行電鏡檢查時，需用特殊的溶液固定后進行觀察。

2.5 統(tǒng)計學方法

采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件包對數(shù)據(jù)進行分析處理。計量資料用均數(shù)±標準差（±s）表示，組間比較用隨機區(qū)組設計的方差分析，兩兩比較用q檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

3 試驗結果及分析

3.1 消融灶的徑線、面積及體積與激光能量、功率關系

統(tǒng)計結果見表1和表2。統(tǒng)計結果表明：同一能量組不同功率組內(nèi)比較，功率（3～7）W時，消融灶的徑線、面積和體積明顯大于2 W（P＜0.05）。隨著激光功率（3～7）W的增加，離體豬甲狀腺消融灶的徑線、面積和體積亦增加,但其增量沒有統(tǒng)計學意義 （P＞0.05），即激光能量相同，功率為3 W時，達到較好的消融效果。不同能量組的相同功率組間比較，功率為2 W時，各能量組間離體豬甲狀腺消融組織的徑線、面積和體積沒有差異（P＞0.05）；功率3 W時，1800 J組的離體豬甲狀腺消融組織的徑線、面積和體積明顯大于1350 J、900 J、500J組（P＜0.05）。功率（4～7）W時，1800 J和1350 J組的離體豬甲狀腺消融組織的徑線、面積和體積明顯大于900 J、500 J組（P＜0.05）；而1800 J、1350 J組及900 J、500 J組的離體豬甲狀腺消融組織的徑線、面積和體積只是量上的增加，其增量沒有統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。功率3 W時，1800 J達到較大的消融組織的徑線、面積和體積。而功率（4～7）W時，1800 J組與1350 J組比較，消融組織的徑線、面積和體積的大小沒有明顯區(qū)別，即1350 J即可達到較好的消融。

3.2 消融灶空腔的徑線、面積及體積與激光能量、功率關系

激光功率為1 W、2 W時，沿針道未見空腔形成。激光功率(3～7)W時，各能量組沿針道可見空腔及炭化形成。統(tǒng)計結果見表3、表4。統(tǒng)計結果表明：同一能量組不同功率組內(nèi)比較，功率（3～7）W時，空腔的徑線、面積和體積明顯大于2 W（P＜0.05）。隨著激光功率（3～7）W的增加，離體豬甲狀腺消融灶的徑線、面積和體積亦增加，但其增量沒有統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。不同能量組的相同功率組間比較，空腔的徑線增減沒有統(tǒng)計學意義。

表1 各組消融灶的長徑、寬徑及厚徑Tab.1 Diameters of ablation lesion in three direction

表2 各組消融灶的截面積、體積Tab.2 Areas and volumes of ablation lesion

表3 各組消融灶空腔的長徑、寬徑及厚徑Tab.3 Diameters of cavity of ablation lesion in three direction

表4 各組消融灶空腔的截面積及體積Tab.4 Areas and volumes of cavity of ablation lesion

3.3 激光消融區(qū)域組織的病理變化

(1)大體病理變化

激光消融離體豬甲狀腺后，沿穿刺針長軸剖開甲狀腺，觀察剖面甲狀腺實質(zhì)的改變。實驗結果顯示，功率1 W時，各能量組剖面沿針道周圍未見甲狀腺實質(zhì)的改變，未見空腔形成。功率2 W時，各能量組剖面沿針道可見橢圓形的呈灰色改變的壞死組織，未見空腔及組織炭化。功率（3～7）W時，各能量組剖面沿針道可見一空腔，空腔周圍見薄層炭化組織，再外層為壞死的呈灰色改變的組織，最外層為周圍正常甲狀腺組織，見圖3。

圖3 3 W/1350 J激光消融離體豬甲狀腺后，中心可見空腔，其周圍依次為炭化區(qū)、壞死區(qū)、移行區(qū)及正常區(qū)。Fig.3 Central cavitation zone surrounded by zones of carbonization,necrosis,transition and normality are be seen after porcine thyroid ablation in vitro of 3 W/1350 J laser

(2)顯微鏡下病理變化

激光消融區(qū)域形成空腔，腔內(nèi)壁為棕褐色炭化組織，細胞形態(tài)不清。炭化組織下方可見薄層甲狀腺濾泡變性，濾泡上皮不明顯，部分濾泡腔內(nèi)可見空泡，見圖4。甲狀腺小葉間動脈內(nèi)膜增厚，可見不規(guī)則乳頭狀增生伴部分內(nèi)膜細胞脫落，動脈壁外膜變性，血管外組織呈灼傷后改變，見圖5。

圖4 激光消融中心區(qū)域形成的細胞組織變化（HE染色，×200）Fig.4 Cell tissue change in central laser ablation zone (HE stain,×200 )

圖5 甲狀腺組織的結構改變（HE染色×200）Fig.5 Structures change of thyroid tissure (HE stain,×200)

(3)電鏡下病理變化

激光消融電鏡觀察：①壞死區(qū)（炭化周邊明顯顏色改變區(qū)） 濾泡上皮細胞細胞膜中斷，顯示欠清，細胞器崩解呈碎片狀，結構消失，細胞核核膜部分中斷，核內(nèi)染色質(zhì)稀疏，出現(xiàn)邊集，見圖6；②移行區(qū)濾泡上皮細胞細胞膜顯示尚清，線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器腫脹，細胞和部分中斷，染色質(zhì)出現(xiàn)邊集，見圖7；③遠端區(qū) 濾泡上皮細胞細胞膜完整，線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器顯示清晰，細胞核核膜完整，核內(nèi)染色質(zhì)分布均勻，見圖8。

圖6 激光消融豬甲狀腺壞死區(qū)Fig 6 Necrosis after porcine thyroid laser ablation

圖7 激光消融豬甲狀腺組織的移行區(qū)Fig 7 Transitional zone after porcine thyroid laser ablation

3.4 激光的功率、能量和消融灶大小及病理改變間的關系

隨著激光功率和能量的增加，甲狀腺組織溫度不斷升高，加熱時間縮短，升溫迅速。針道中心組織溫度上升最快，溫度最高，在短時間內(nèi)針道中心組織氣化形成空洞，空洞周圍組織炭化變黑。炭化的組織明顯減少了激光能量的傳導，使得炭化周圍甲狀腺組織溫度迅速降低，傳導距離的增加也使炭化周圍組織內(nèi)溫度逐漸下降，使消融灶的大小能控制在一定的范圍內(nèi)。

圖8 激光消融豬甲狀腺組織的遠端區(qū)Fig 8 Remote zone after porcine thyroid laser ablation

該實驗結果表明，激光功率1 W時，加熱產(chǎn)生的溫度低，光纖所在區(qū)域甲狀腺組織未見空洞形成和實質(zhì)的改變。激光功率2 W時，僅見光纖周圍甲狀腺組織呈灰白色改變，但其所產(chǎn)生的溫度不足以使組織形成空洞和炭化。功率（3～7）W時，產(chǎn)生的溫度較高，可使光纖所在區(qū)域甲狀腺組織氣化形成空洞，空洞周圍組織炭化，炭化外層組織呈灰白色改變。但激光功率在（3～7）W時，由于炭化的組織明顯減少了激光能量的傳導，激光功率增加，雖使甲狀腺消融灶的大小及空洞的大小有增加，但不具有統(tǒng)計學意義。在同一功率組，隨著激光消融時間及能量的增加，離體豬甲狀腺消融灶的徑線、面積和體積亦增加，但當能量達到1800 J時，達到最大值。

4 結論

可見，激光消融離體豬甲狀腺消融效果明確，消融灶的大小隨著激光功率及能量的增加而增加。直徑為300 μm的光纖產(chǎn)生的激光，當激光功率為3 W、能量為1800 J時達到較理想的消融效果，消融灶的長徑為(22.24±2.00）mm，寬徑為(13.26±3.38）mm，厚徑為(11.76±0.45)mm。該實驗的結果將為進行活體豬甲狀腺激光消融和人體甲狀腺結節(jié)的臨床激光消融打下基礎。

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