准分子激光离体心肌消融术

准分子激光离体心肌消融术 赵晨声 胡雪金 沈锭立 王 伟 (中国科举院安簸光机所，台 巴) 吴天根 陆再英 汪道文 条 枢 (圊 科大学酣属 同济医院，武汉) In vitro endocardlum ablation Sy excimer laser Zh4。Zhens~teng, H xueji,~, sh啪 DeZi． W ang W (Anhul I~tltute 0f 0p恤 und Fine Mechanic旦，Aca4emi~8iB{咀 ，"lKe~ei)． W u Tia~'*gen， L*Ze．iyi~*g, W ang D。0 甜 y“Shu (Wuhan Tongji]~cspiCa]，Tongji Meclica]UnJverm~y，wuha力) 提要：用 x l准分子敬光在空气、生理盐水和血液中对离体猪心脏进行了心肌消融 实验明， 光化学 分解为主体的有热数立靶机壮压力效应是 己 且H消融的主要机制。 关键词 稍融t准分子激光，心脏 一 、 前 言 近几年来，随着澈光技本韵不断霞展， 激光心 肌 消融术在治疗心血管疫病中越来越广泛地得到 应 用 其中包括利用激光心肌 血管再造术治疗心肌梗 塞|1 、：己厚心肌切除 术 、瓣膜狭窄的激光 松解 等。 大 量的实验研究表明激光心肌消融术对上述疾病 的 治疗可行、方便、迅速，而且安全。尤其是激光消融 心砬 异位超博点治疗顽固往心律失 常0 比传统 的尹 科手术 凝固疗法和电梢融法更为优越。 目前， 这一已经临床应用 但对激光光源的选择、最益 参数的确定厦病理影响等方面仍在研 究和探索 中。 本文通过 XeC1准分子镦光消融离体 猪 - 肚妁 实验，观察 了准分子激光心肌消融的生物效应、组织 变化和)：同激光参数对 fl,肌消融的影 响，为 临床应 用提供 了实验依据 =、 实 验 方 法 1．心脏标本：健康成年公猪处死后即刻职出心 脏，置子低温冰桶内保存 在 lo小对 内进行徽， 心 肌 融实验。 稍融前，沿心脏圭右心塞的游离壁切 ；F．恿生 理盐水冲洗后， 剪成 4×4cm。的组织块周 定于调整架上，使心肌内膜面 位于聚焦透镜焦点上。 在生理盐水或血液中靖融时 将心肌组织块置于盛 有溶液均袭璃皿中 液面 高出心内膜面约 0．5m／1]． 实验装曼如图 1所 示。 聚焦透镜< => 溶被 卜 董 ± 三 ＼ 图 1 心肌消融实验装置国 2．激光器件：采用非稳腔 x0Gj(308 nra)准分 子激光器作光源，发散角为 1．04~0．07mract． 宽 20口日。激光束用焦距为 150：[]／rll的透镜聚焦 光斑 直径约 O．5mm。用 PT—I型能量计监谢激光能量 3 实验过程 实验在室温下进行。在同一组织 块上 柏邻两个消融点的距离约为 5N10mm。实验 华甲理工大学 8 级毕业实习生． ·7‘I · 维普资讯 http://www.cqvip.com 时 固定重复频率 改变单脉冲能量与累积次数，观 察对心肌消融的影响 每组参数重复三次 ，取平均 值 作为实验结 果。 4 样品的处理：消融后的心肌立即 用 肉 鼹 和 放大镜蹰察 探测气化孔的外径及深度 然后用手术 刀片通过气化 孔的中央垂直切开组织块，将其中 一 半用 2O％ 中性福尔马林固定液固定 石蜡包封，切 成 0．4～0．0批皿 的薄片后用 H—E染色 在显微镜 下观察；另一半用戌二醛固定二小对后，换用砷酸钠 液低温保存．经饿 酸固足， 成超薄片进行电子显擞 葫 观察。 三 实 验 结 果 1．病理改变： 激光能量低于 25mJ时．单脉 冲 设在心肌上产生 自斑 脉冲能量较高时剐呈浅 的 弹坑状。随着照射次数的增加，气化孔的深度遥渐 增 孔周边缘逐渐呈现暗红色的充血和水肿样 变 化 这与激光的焦点位置及照射次数有关。 焦点处 心肌肉膜 上．气化孔边缘整齐．周边无充血水肿圈 (图 2) 用高倍光学显徽镜观察 气化孔的纵卸面呈 漏斗轶(圈 3)，孔壁上可见到细融政裂的碎片和心肌 · 5O· 图 2 心肌气化孔的剖面圈 强 a 放 大 船 倍的清融龇 的箭面， 气化孔呈漏斗桡 一 目 4 气化孔底部 (x128)口 叮见到肌纤维断裂、 弯曲和破薛(箭头曼[) 纤维断裂的残根。 孔壁层未见碳化 偶有少量的缅 胞 脱水呈颗粒状变化，孔周与正常组织无明显界限 在 气比孔的底部 仍可见到激光穿过心肌纤维的 痘 迹 如图 4所示．肌鲆被切断，残端呈细小的锯齿状， 或沿光束方向弯 曲 未见到微 空泡形成。 2 激光参数与气化深度的关系：当单脉冲能量 保持不变 随照射次数的增加，总能量积累 组织气 目 g 乜 鲢 图 5 脉冲次数与心肌气化深度的关系 目 邑 鞋 掣 单林冲能量 恤 J) 圈 6 单棘冲能量与气化深度的关系 维普资讯 http://www.cqvip.com 化的深凄逐渐增加，最终出现饱和 如 匿5。改变单 脉冲能量与照射次数，保持累加 蕃能量不变，气化深 度与单脉冲能量呈非线性交化 如图 6。准分子墩光 通过生理盐水或人体血液对心肌辐射 其红 的 病 理改变与空气中稠似、激光能量与组织气 化的深度 呈非线性关系(匿 7)。 鲢 3m救 中 YA coj和 A一 激光气化心肌在临床上 已有 比较深入的研究。这 些激光主要通过热效应而 起作 用 表现为随着中央组织韵气化， 周边正常组织出 现碳化、凝 固、坏死或充血、水种。当用连续激光照 射对这些现象更为明显。 准分子激光步入医学领域 的时间不长，学者们对其与组织的作用机制具有不同 的见解 州 我们韵实验结果表弱：xecl准分子激 光 对心肌组织的气化是以光化学分解为主的多种 效 应共同作用的结果。 光化 学分解作 用：本实验中，准分子激光照射的 心肌标本切割面整齐无碳化，周围水肿圈甚少。这 是 由于准分子激光的光子能量高 仅在 o．01～l Ⅲ 的表层蛆织上起作用 ]。瞬间聚焦在如此小空 间 内 的能量远远超过组织高分子化合 物 化 合 键 的 结 合 能 导致化 合键断裂。 照射区组织的大分子化台物 分解为小碎片或挥发性物质而使局部消融，周边组 织保持完好 热效应：当心肌扭织位于非焦点处时，气化孔的 周边组织出现了轻微的热损伤，但 远比 YAG、COj、 和 A 激光轻。热效应能否弓『起组织损伤主要取决 于气化的速度和热能向外扩散的时间 ，后者 与 光 斑睁直径有关(T-a 4D， 一 光斑直径；D—— 热能扩散系数)。焦 点处的光斑直径最小，功率密度 最高 在热能向周边组织扩散之前靶 区的气 化过 程 已完成， 因而周边组织热损伤少。 反之非焦点处的 功率密度降低，组织气化的速度减慢，部分能量向周 边扩散，随之热损伤增加。 机械压力作用：准分子般光的高光子能量对 组 织直接产生压力 日组织受热膨胀气化后形成蚜气 体 对组织的二次注压力都能健心 肌纤维扭曲变形或 断 裂，并由此产生超声波在组织中运动，可使远 离照射 豁位的组 织损伤 如 图 3、 所示。 在我们的实验中 XeCI准分子激光无论在空气、 生理盐水或血液白 激光能量与气化深度均 呈非 线 性关系，这与 YA 和 Ar 激光 能量与气化深度的 关系多为线性关系是不圊的。 出现饱和现象的可能 原因是：随着气化平面远离焦点 激光的功率密匿下 降；气化深度的增加使得气化产生的气体不易迅 速 扩散，气化孔虎的组织碎片 和周边组织也将吸收、散 射衰减激光能量 而且波长与组织的吸收率成反 比 紫外激光比可见激光的吸发更为明显；另外 准分子 激光的高光子能量气化组织形成 的气体分子屯离也 将在气化孔内产生等离子体而吸收激光 能量。 由于生理盐水对准分子激光 有 部 分 吸睃 或 散 射，血淮中的有形成份如 ttb亦对紫外激光有较高 的吸收率，因而在相 同的能量时，在不同的介质中的 气化深 度是碉显不同的(圈7)。 重复额 率是激光消融的 一 个 重 要 参 数。据 报 道0t ]，红外和可见波段的激光在重复 率高 于 200 HE时，热损伤加重，而 x 准分子激光在 75Ez酎 即有热损伤出现 ]。这可能是由于重复频率增加，脉 冲间隔缩短 气化过程中的热量没有足够的时 间 向 外扩散的缘故。 五、准分子激光心肌消融的参数选择 临床上评价心肌消融的主要是安全、有效。 我们的实验结果表明，准分子激光对组织切害4迅 速 而安全。50mJ的脉冲能量仅需照 射 25'次可 气 化 3 m皿 的深度，即用 40 Hz的重复额率激光需 0、58 就可完成。准分子激光切 口光惜，热损伤甚擞，这对 精确切除病灶， 减少心律失常的产生和 良好的组织 愈合与促进心功能的恢复均具有重要的意义，是 耳 前其它激光器所不可 比扭 的。另外，准分 子激光 能 量与气化深度的饱和现象 客观上防止了心 脏穿孔的 危睑 临床上，经导管光纤心肌消融术 治疗 心律失 常 是在心脏非停跳的情况下进行 的，消融过程要求 尽 可能在一次心跳周期内完成，病灶切除的深度约 为 内膜下 2～5 mill。同时考虑到血液的吸收及光纤损 耗，消融时的脉冲能量与 重复频率应尽可能高，以在 (下转第 ?48页) ·751· 维普资讯 http://www.cqvip.com 由于 K M模型考虑了组织内部多层次均背 向 散射，所 以在 0附近，从 K M 模型计算得到的 结果 从 Beer s定律计算得到的结果大，当散射相 对子吸收来得重要时 它们 有较大的差别。 图 6是激光照射斑块 1秒后 斑块温度为 65~C 的等温曲线。在 曲线的里面，温茇大于 65。e，称为融 化区 在曲线的外面 湿度小于65。C 称为安全区。从 图 6可 看 出斑块大 体受损伤的范圈。 对于血液和 血管壁 也可计算等温 曲线。 图 6 在月功蛊 P一6W 的 Ar+激光照 射斑块 1日后，斑块 等温曲线 在上面的计算中，我们认为导热系数和热扩 散 系数是常数，事实上，它们与组织和温童有关，在不 同的组纲和不 同的温度下，它们有 同的数值，但相 差较小。组织的吸憧系数韶散射系数随着组织温 度 的变化也会有些变化。 同 时，激光和生物组织相 互 作用 的模型也比较粗糙 但是利用热 传导方程解 得 的结果为我 1的实验工作提供 了依据。 姜义同志也 曾参旅部分计算工作。 参 考 文 献 1 A．J． Welch I丑 ． “ 州 曰?e r．，口E一舯 (I ，l{71(198 2 枷 远龙，应甩魏光，st3)，曲7(1985) 3 van 0em口 t M JC et a1．，Lase邛 in Sargary aDd Medicine，5，235(1955) 4 Prlnee MB et -， ∞ c- 世 72(1985) 5 W Mseh Ⅱ ． al ，Pr卵 ．Z础 e 础． 0l，14 ． 1 (1977) 6 A -JtW ebcb甜 面 ．，工8船， 瓿 “r 锄 d世 e谢 ∞ 口 。 5，251(1985) (收 稿 日芸ll：1988年 2日 8日) (上接第 751页) 尽可能短的时间内完成消融手术。 怛高脉 冲能量增 加 了心肌穿孔的危险性，重复颠率增高加重 了周 围 正常组织的热损伤。基于上述临床要求和实验结果， 我们认为心肌消融在单苏薛能量为 50~100瑚J】重 复频率为 20～40I-Iz， 持续照射 1 28时的气化深 度较佳。必要时 可以通过牺牲切割的精确性来提 高重复赋率，以保证消融的安全。在实际的临廉应 用中，还应充分考虑血液戌任 血液动力学、心脏的 搏动、光纤和激光 器的工作性能等各种园素 以选到 安全、有效治疗的 目的。 参 考 文 献 1 zm F00 1O，鞋 (】9g5) ·74日 ‘ 2 J．M ．h n口 ， ． ．0a~gle~．，53 1020(108 8 M．Sak~ena，P础 9，~31(198fi) 垂 Jt M．Isne=，I曰肋 ．∞ 脚 t．同 r．，口E一舶 “∞ 19蚪 ) 6 吴天根，匡辨医学 (心血 管舒册)，s，566(工087) 6 Jt M．I~ner， 0G，s，11o2(1985 7 D．~uller， 砧 F ¨，Ju ，70(1955) 8 E．D0wDar， c0，7，546(1986) 9 M E．Jouglas， ．丑B州 ．，n2 f158S) l0 J．Cieeone，Pdo ，9，697(1986) u J-At Parrlsh，I曰船 ．0 埘时．冒l ．，qE一20 l3窖6(1084) (牧锔 日期：1988年 3凡 7 H) 维普资讯 http://www.cqvip.com