湯敏 尹航 姜兆磊 梅舉

基礎研究

國產(chǎn)可調(diào)節(jié)輸出功率的雙極射頻消融裝置的離體動物實驗

湯敏 尹航 姜兆磊 梅舉

目的 研究不同輸出功率下，雙極射頻消融裝置對不同厚度離體心房組織消融至透壁所需的時間及使用阻抗指標評價透壁性時的病理學檢驗，從而確定國產(chǎn)消融裝置的合理輸出功率。方法 20頭豬屠宰后馬上獲取豬心，立即浸入4℃的生理鹽水溶液中，清洗后制備離體心房組織。使用自行研制的輸出功率可調(diào)式雙極射頻消融裝置及消融鉗，分別使用25 W、30 W及35 W的輸出功率對離體心房組織進行消融。消融線間隔約5 mm，彼此間平行。消融透壁的指標是消融時該處同時測定的電阻抗大于100 Ω。依次使用相同的輸出功率，記錄對不同厚度心房組織完成消融所需時間。消融完成后，沿兩條消融線中點依次剪開心房組織，肉眼檢查消融效果，測量消融線處組織厚度。按消融組織厚度，將心房組織分成＜2 mm、2～4 mm（≥2 mm，＜4 mm）、4～6 mm（≥4 mm，＜6 mm）及≥6 mm 4組。對應于不同輸出功率和厚度，將心房組織分為12個區(qū)組。分別隨機挑選每個區(qū)組的心房組織10塊，將心房組織浸入多聚甲醛溶液，固定后心房組織使用石蠟切片，Mason三色法染色，顯微鏡下檢驗是否透壁。結(jié)果 實驗共有350條消融線到達透壁指標。4～6 mm及＞6 mm 組的心房組織消融完成時間明顯長于＜2 mm 組心房組織 ［（12.4±0.9）s比 （24.3±0.3）s，P=0.042；（12.4±0.9）s比（35.9±0.3）s，P=0.001］。 消融完成時間在輸出功率 25 W 與 35 W 間有顯著差異［（28.9±0.5）s比（16.9±0.5）s，P=0.010］。心房組織厚度與消融完成時間呈正相關。單次消融到達消融透壁指標時的病理透壁率為0～60%，隨心房厚度增厚而降低，隨輸出功率增加而升高。結(jié)論 心房組織的消融完成時間隨射頻輸出功率增加而縮短，并與心房組織厚度呈正相關。單次射頻消融的透壁率較低。綜合考慮消融所需時間、透壁率及安全性，輸出功率在30～35 W是國產(chǎn)消融儀較為合理的射頻輸出功率。

雙極射頻消融；組織厚度；輸出功率；消融完成時間；透壁率

心房顫動（atrial fibrillation，AF）是最常見的心律失常，其發(fā)病率隨年齡的增加而上升，80歲以上人群的患病率超過10%[1,2]。我國流行病學研究顯示，房顫的整體人群發(fā)病率為0.65%～0.77%[3,4]，臺灣地區(qū)發(fā)病率約1.1%[5]。隨中國社會老齡化逐步加重，房顫的患病率將有顯著上升。房顫導致的腦血管意外、心力衰竭等并發(fā)癥是房顫致死、致殘的主要原因[6,7]。

迷宮手術是迄今最有效治療房顫的外科手術[8]，但手術復雜，術后出血等并發(fā)癥較多。使用射頻等新型能源行微創(chuàng)消融手術以代替迷宮手術中的“切與縫”，能明顯縮短手術時間，降低術后并發(fā)癥發(fā)生率[9-11]。近年來，雙極射頻消融鉗由于能監(jiān)測被消融心房組織的電導參數(shù)，消融透壁率高，術后房顫治愈率高于射頻消融筆[12,13]。因此，雙極射頻消融鉗是外科治療房顫的標準方法。

盡管越來越多的患者接受外科手術治療心房顫動，且隨外科醫(yī)生手術技術的提高，房顫的治愈率也逐步上升。但國內(nèi)鮮有對射頻消融的生物學效應、組織學變化進行研究的報道，幾乎所有臨床消融的儀器均為進口。開展對射頻消融儀器的研究不但對研制國產(chǎn)消融儀意義重大，也對外科醫(yī)生加深對射頻生物學效應的認識有益，以利提高臨床房顫治愈率。

本研究擬使用自行研制的輸出功率可調(diào)的雙極射頻消融裝置，對不同厚度的心房組織進行消融，研究消融完成所需時間。通過對消融后心房組織病理檢查，評價電阻抗作為透壁性指標的可靠性，從而確定國產(chǎn)雙極射頻裝置的合理消融輸出功率。

1 材料與方法

1.1 離體組織的獲取 20頭豬屠宰后立即獲取豬心，將豬心浸入4℃生理鹽水中清洗2次。先將左、右心房組織沿左、右房室瓣瓣環(huán)剪下，再沿房間隔的左側(cè)或右側(cè)緣將左、右心房分別取下。修剪去除左心房后壁及右心房腔靜脈竇部，將左右心房修剪成由心耳至房室瓣環(huán)的類似錐形的組織備用。

1.2 雙極射頻消融裝置及消融方法 雙極射頻消融控制裝置及消融鉗均為自行研制。消融儀輸出功率為10～60 W，可以在射頻消融同時測定組織阻抗。消融前，可設置射頻消融時間或到達一定阻抗后自動停止消融。

將雙極射頻消融鉗由心耳開始，沿垂直于心耳至房室瓣環(huán)連線的方向，依次做消融線。消融線間隔約5 mm，彼此間平行。同一心房組織使用同一輸出功率，消融前設定阻抗到達100 Ω時停止消融，記錄到達該阻抗所需的消融時間。輸出功率最低采用20 W，依次提高5 W，直至40 W。不同的輸出功率依次在不同的心房組織中使用。記錄每條消融線的輸出功率、消融完成時間及按如下方法測定的消融組織厚度。

1.3 消融效果的評價 沿兩條相鄰的消融線中點將心房組織剪成以消融線為中心的心房組織條后，做以下評價。

1.3.1 肉眼檢查及消融組織厚度測量 檢查是否在心內(nèi)膜及外膜面形成白色的消融線，是否有心房組織破裂。選取消融線中點位置，取長約1 cm的左房組織準備用于病理檢查。使用游標卡尺測量該處心房組織兩端的組織厚度，取其平均值為消融組織厚度。

1.3.2 隨機方法 按消融組織厚度將準備用于病理檢查的組織分為＜2 mm、2～4 mm（≥2 mm，＜4 mm）、4～6 mm（≥4 mm，＜6 mm）和≥6 mm 4組。根據(jù)消融時使用的輸出功率，將各組再細分為3個區(qū)組：25 W、30 W和35 W。以此產(chǎn)生12個區(qū)組，分別對應不同組織厚度和消融輸出功率的組合。

將每區(qū)組中的心房組織連續(xù)編號，使用excel軟件中的RAND函數(shù)，隨機產(chǎn)生小于最大編號數(shù)值的隨機整數(shù)。該隨機數(shù)對應編號的心房組織用于病理學檢查。該心房組織去除后的其他心房組織重新編號并產(chǎn)生第2塊用于病理檢查的心房組織。依此類推，直到每區(qū)組隨機產(chǎn)生10塊心房組織被用于病理學檢查。如區(qū)組中心房組織≤10塊，則將所有組織送病理檢查。

1.3.3 病理檢查 將隨機選出用于病理檢查的心房組織浸入多聚甲醛溶液中過夜，將組織塊使用石蠟包埋，沿垂直于消融線方向行組織切片，每個組織塊在消融線不同位置切5張切片，行Mason三色法染色。在顯微鏡下檢查，如消融部位組織顯示均一的藍色，表明組織發(fā)生射頻消融導致的凝固性壞死，病理檢查結(jié)果為透壁；如組織切片中有存活的心肌細胞顯示紅色，則判定為不透壁。

1.4 統(tǒng)計學方法 統(tǒng)計學檢驗使用軟件SPSS 18.0。所有區(qū)組消融所需時間表達為±s，不同組織厚度或消融輸出功率的主效應表達為總體均數(shù)±樣本均數(shù)標準誤，消融透壁率表達為百分數(shù)。使用單向方差分析比較各區(qū)組間消融完成時間有無顯著性差異，使用雙向方差分析，檢驗不同組織厚度或不同射頻輸出能量時，消融完成時間有無顯著性差異，并使用Scheffe檢驗兩組間比較。使用線性回歸法檢驗組織厚度與消融完成時間之間有無相關性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 各區(qū)組消融樣本數(shù)量分布 實驗共完成350條消融線，消融線對應于不同組織厚度和射頻輸出功率區(qū)組（表1）。心房組織厚度以2～4 mm最多見，≥6 mm的最少。

表1 不同區(qū)組樣本量分布（例）

2.2 不同區(qū)組消融完成時間 當射頻輸出功率為20 W時，12條厚度≥6 mm的左心房組織中有10條組織的消融完成時間＞60 s。當輸出功率為40 W時，18條＜2 mm的心房組織中有3條出現(xiàn)消融后心房組織穿孔。其他輸出功率時未發(fā)生上述情況，因此，排除20 W及40 W作為后續(xù)實驗射頻輸出功率。表2列出射頻能量為25 W、30 W和35 W時不同厚度心房組織對應的消融完成時間。

表2 不同區(qū)組單次射頻消融完成時間（±s，s）

表2 不同區(qū)組單次射頻消融完成時間（±s，s）

射頻輸出功率（W）心房組織厚度（mm） 總體效應＜2 2～4 4～6 ≥6 25 15.6±3.0 20.3±2.6 34.5±2.4 45.3±1.7 28.9±0.5 30 12.5±1.7 18.2±2.5 21.3±1.7 35.0±1.8 21.8±0.4 35 9.0±1.4 13.8±1.2 17.1±2.1 27.5±2.3 16.9±0.5總體效應 12.4±0.9 17.4±0.8 24.3±0.3 35.9±0.3

2.3 心房厚度及射頻輸出功率對消融完成時間的主效應 不同組織厚度對消融完成時間的主效應如圖1所示，消融完成時間隨厚度增加而延長。雙向方差分析顯示組間差異顯著（P=0.001）。組間檢驗顯示，心房組織厚度在＜2 mm、2～4 mm兩組間差異無統(tǒng)計學意義。＜2 mm組與4～6 mm組間的消融完成時間差異有統(tǒng)計學意義［（12.4±0.9）s比（24.3±0.3）s，P=0.042］?！? mm 組的消融完成時間顯著長于上述三組［（12.4±0.9）s比（35.9±0.3）s，P=0.001；（17.4±0.8）s比（35.9±0.3）s，P=0.005；（24.3±0.3）s比（35.9±0.3）s，P=0.042］。

不同射頻輸出能量對消融完成時間的主效應如圖2所示，消融完成時間隨射頻輸出能量增加而縮短。方差分析組間差異明顯（P=0.009）。組間檢驗顯示，25 W組與35 W組間消融完成時間比較差異有統(tǒng)計學意義［（28.9±0.5）s比（16.9±0.5）s，P=0.010］，25 W與30 W、30 W 與 35 W 間差異無統(tǒng)計學意義。

圖3顯示心房組織厚度與消融完成時間呈正相關（r2=0.471，P=0.001），且各射頻輸出功率均有此相關關系（25 W：r2=0.921，P=0.001；30 W：r2=0.879，P=0.008；35 W：r2=0.882，P=0.006）。

2.4 單次心房組織消融透壁率 表3歸納了不同區(qū)組的病理檢查結(jié)果，單次消融的透壁率較低，組織厚度增加時，透壁率下降。射頻輸出能量提高時，透壁率隨之提高。圖4a顯示經(jīng)Mason三色染色法染色確認消融透壁圖像，經(jīng)Mason染色后，消融線對應部位的心肌呈藍色，消融線外心肌存活，仍顯示紅色（×40倍）。圖4b顯示為不透壁圖像，射頻消融后，相當于消融線的一側(cè)心肌為藍色，中間及另一側(cè)心肌顯示紅色，證明不透壁（×40倍）。

表3 心房組織單次消融的透壁率（%）

3 討論

迷宮手術仍是目前治療心房顫動的金標準。通過外科切與縫產(chǎn)生的組織瘢痕能保證電隔離的效果。同樣，使用射頻消融方法模仿迷宮手術切口所做的消融線是否透壁是決定房顫治療效果的關鍵。射頻消融線的完成取決于最基本的三個要素：輸出功率、消融時間、組織厚度。輸出功率決定消融溫度，是使組織發(fā)生脫水、凝固性壞死的能量來源。本實驗中，20 W輸出時，大部分＞6 mm的組織消融緩慢，無法完成消融；而40 W輸出時，＜2 mm的組織出現(xiàn)了組織穿孔。因此，20 W和40 W均不適合作為治療房顫的消融輸出。25～35 W行消融時，隨輸出功率增大，消融時間縮短，病理透壁率上升。從安全性和病理透壁率綜合考慮，30 W和35 W是雙極射頻消融的合理能量。但這一消融能量不能簡單轉(zhuǎn)移至消融筆。使用消融筆時，特別是心外膜消融時，心房內(nèi)流動的血液可能帶走部分射頻產(chǎn)生的熱量[14,15]。其次，射頻消融筆產(chǎn)生的心房組織溫度分布不如雙極消融鉗均勻。過高的溫度不但可能造成心房組織破壞，還容易造成臨近組織損傷，如食管等[16]。這一能量輸出也不能簡單移植至其他設備。由于設備設計不同，輸出功率的計算方式不相同，因此，對不同設計的射頻輸出裝置，其輸出功率無法完全橫向比較。設計時，由于最后輸出端為消融鉗的電極，還需要考慮消融鉗電極材料和電阻等因素，才能確定最后產(chǎn)生生物學效應的能量。

實驗中，大多數(shù)豬心房組織厚度為1.5～4.0 mm，與人類相似。在外科手術中，雙極消融鉗經(jīng)常需要鉗夾雙層心房組織，且在行某些消融線時，如在行下肺靜脈間消融線至二尖瓣環(huán)連線、房間隔消融線時，鉗夾的心房組織厚度可能＞4 mm，甚至＞6 mm。本實驗中，＞4 mm的組織消融時間明顯長于＞2 mm組織，＞6 mm組織的消融時間均長于其他組織厚度組，且組織厚度與消融時間呈線性正相關。從透壁率看，＞6 mm組單次消融的透壁率非常低。因此，在這些部位行消融時，發(fā)生消融不透壁或消融漏點的情況較多，也是術后房顫復發(fā)或發(fā)生房撲的原因[17,18]。多次消融可能是解決較厚心房組織消融的方法之一。即使是經(jīng)過多次消融，仍有可能出現(xiàn)消融“漏點”的情況。Pison等[19]進行的雜交治療，證實經(jīng)外科微創(chuàng)射頻消融后的“漏點”率仍有23%。雜交治療可能是進一步提高竇性恢復率的新手段之一。

除了射頻消融輸出能量和組織厚度外，消融時間也是影響透壁率的重要因素之一。與消融筆不同，雙極消融鉗可以在消融同時測定鉗夾組織的阻抗。阻抗升高作為透壁的信號，提示手術醫(yī)生消融完成。雖然早期研究表明阻抗上升與病理透壁率上升是同步的，但無論是臨床報道還是動物實驗研究均顯示阻抗升高不是完全可靠的透壁提示指標[20,21]。雖然延長消融時間可以提高透壁率，但消融過度導致的組織損壞、出血等并發(fā)癥有時是致命的。目前，國內(nèi)外的研究均證實，使用雙極射頻消融鉗的單次病理透壁率僅為30%～50%[22,23]。因此臨床上不建議使用阻抗上升作為消融完成的單一指標，應該在同一部位行多次消融以提高病理透壁率。使用我們研制的射頻消融儀進行多次消融后的病理透壁率值得進一步研究。

除上述因素外，仍有許多技術細節(jié)影響消融組織的病理透壁率。雙極射頻消融鉗的設計除了電極等工程學的考量外，鉗夾的力量是設計時的重點之一。后者決定鉗子間組織的致密程度，也影響射頻消融的透壁率[24]。目前對消融鉗有無鹽水灌注、是否影響病理透壁率還有爭論，支持者認為鹽水灌注降低電極與組織接觸面的溫度，有利于射頻能量向心肌深處傳播[25,26]，因此射頻消融的深度更深，透壁率更高。但臨床研究尚未發(fā)現(xiàn)使用鹽水灌注的射頻消融裝置較無灌注裝置有更好的臨床效果。

本實驗也存在一定局限。首先，由于是離體動物實驗，無法觀察射頻消融后的長期病理透壁率。急性期病理透壁是否能保證長期的病理透壁率尚未知，而后者正是保證房顫不再復發(fā)的關鍵。其次，心房組織多次消融后的病理透壁率及電隔離率等在本次實驗中未行研究。上述局限性在后續(xù)動物實驗研究中可以進一步驗證。

使用國產(chǎn)輸出功率可調(diào)節(jié)的雙極射頻消融裝置時，輸出功率在25～35 W區(qū)間，消融完成時間隨輸出功率增加而縮短。＜4 mm的心房組織消融完成時間在同一功率水平無顯著差異，＞4 mm心房組織消融完成時間較＜4 mm組織明顯延長，且病理透壁率隨心房厚度增加而降低。綜合考慮消融所需時間、透壁率及安全性，輸出功率在30～35 W是較為合理的射頻輸出功率。

圖1 不同心房組織厚度對單次消融完成時間的主效應

圖2 不同射頻輸出功率對單次消融完成時間的主效應

圖3 心房組織厚度與消融完成時間的線性回歸分析

圖4a 射頻消融透壁的病理切片圖

圖4b 射頻消融不透壁的病理切片圖

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In vitro animal test for domestic made bipolar radiofrequency ablation system with changeable radiofrequency output

TANG Min， YIN Hang， JIANG Zhao-lei，et al.Department of Cardiothoracic Surgery， Xinhua Hospital Affiliated to Medical School of Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200092， China

MEI Ju， E-mail:Ju_mei63@126.com

Objective To investigate the duration of ablation for atrial tissue with various thickness under different output of radiofrequency（RF） by our domestic made RF ablation machine，and evaluate the accuracy of electrical resistance as the parameter of transmurality.Methods 20 cases of in vitro porcine heart were harvested right after animals were sacrificed.The in vitro hearts were washed in normal saline twice at 4 ℃.Atrial tissue was harvested then.RF was delivered by a domestic made RF ablation system by 25， 30， and 35 watts of output.Ablation lines were made in parallel with the distance of 5 mm in between on atrial tissue.The ablation was terminated after electrical resistance of the ablated tissue reached over 100 Ω.The duration of ablation， the tissue thickness，and the corresponding RF output were recorded.The ablation line was excised for pathological section， transmural－ity was determined by Mason trichrome stain.Results 350 ablation lines were made successfully.Under the same RF output， the ablation duration was longer in the group of atrial tissue with the thickness between 4 and 6 mm，and thicker than 6 mm as compared with the duration of atrial tissue less than 2 mm in thickness［（12.4±0.9）s vs（24.3±0.3）s， P=0.042，（12.4±0.9）s vs （35.9±0.3）s， P=0.001］.With the same tissue thickness， the duration of ablation was significantly different between groups of 25 W and 35 W output［（28.9±0.5）s vs （16.9±0.5）s， P=0.010］.The duration of ablation was positively correlated to the thickness of atrial tissue.The pathological transmurality varied from 0 to 60%.It increased with the higher output，and decreased with the thicker atrial tissue.Conclusion The duration of ablation is determined by the thickness of atrial tissue and the RF output.The pathological transmurality is relatively low with single ablation.30 and 35 W are optional RF output，considering the safety of ablation，reasonable ablation duration and pathological transmurality.

Bipolar radiofrequency ablation； Thickness of tissue；Radiofrequency output；Duration of ablation；Transmurality

上海市科學技術委員會重點科技攻關項目（項目編號：11441900200）

200092 上海市，上海交通大學醫(yī)學院附屬新華醫(yī)院心胸外科

梅舉，E-mail：ju_mei63＠126.com

10.3969/j.issn.1672－5301.2014.09.023

Q95-33；R654.2

A

1672-5301（2014）09-0851－05

2014-07-14）