【干货收藏】为什么骨肿瘤消融的温度控制技术是关键？

脊柱介入视界 美敦力脊柱介入视界 2023-06-29 18:04 发表于新加坡

回到马斯克推崇的“第一性原理”思考问题，为什么骨肿瘤消融的温度控制技术是关键？

● 前言

上一期《酷视界·专栏特刊》介绍了最新的智能OsteoCool™ 骨肿瘤射频消融技术可以使用专用工具达到安全有效的消融区域定位，形成较大且稳定的消融范围，实现安全可控的微创骨转移瘤射频消融术。那么究竟是什么原理达到这个效果的呢？我们可以从射频消融的物理原理谈起。

热消融的原理和目标

消融是一种利用热或冷等物理手段或是化学物质破坏组织细胞的治疗方法，广泛应用于医学领域，消融的目标主要包括细胞灭活、组织破坏和结构损毁等，例如热灭活、冷冻灭活和化学灭活等。热消融是指利用高温破坏细胞和组织的治疗方法。其主要目标是通过高温蛋白质变性来达到细胞灭活和凝固性坏死的效果。高温蛋白质变性是指当温度升高到一定程度时，蛋白质分子会发生构象变化，导致其失去原有的生物学功能，最终导致细胞和组织的死亡，一般而言，超过50摄氏度可视为有效的细胞灭活温度。

目前，在医学治疗领域中常见的热消融技术包括微波消融和射频电流消融，已被广泛应用于实体肿瘤的治疗。微波消融 (MWA, microwave ablation) 是指利用微波能量作用于组织时由于组织自身吸收大量的微波能量，使得被作用组织内部极化分子震荡迅速产生大量的热量，在组织内产生的热效应破坏细胞和组织。它的优点是可以快速地消融组织，但其局限性在于微波的产生的温度和范围不易控制，且因为通常应用在软组织等实体组织的消融时，这些软组织存在大量血管会减少消融部位的局部热沉积，而若热沉积不足时可能无法产生足够的消融温度，因此微波消融设备通常会产生超出组织所需的能量，将较大范围的组织进行高温灭活和炭化。

另一种常见的热消融技术是射频消融（RFA, radiofrequency ablation），其原理是利用射频频率（频率通常在450 kHz左右）的高频电流，流经目标组织后在微观环境下和组织摩擦产生热效应将组织加热至高温，从而达到破坏细胞和组织的目的。射频电流消融在实体肿瘤的应用成熟，然而无法很好的利用微创手段治疗癌症患者高发的脊柱转移瘤。脊柱椎体因为周围神经和血管较多，应用射频消融技术需要高超的微创技术，和复杂的控温技术。传统射频消融采用电极针产生高热进行治疗，但易出现组织碳化限制消融范围。此外，传统单极射频消融电极针需要搭配负极板接地垫使用，存在负极板皮肤灼伤和难以控制消融温度范围等风险。

以高温煎牛排会在表层形成碳化屏蔽，维持内部肉质较生的状态，也不易流失肉汁

那么骨肿瘤所在的骨骼组织和传统射频应用较广的软组织有些什么本质区别，才造成已经可以成熟应用在软组织的传统射频消融技术无法应用在骨肿瘤呢？

干货来了！

从骨骼和软组织的物理性质本质的不同

看应用射频消融所需要的不同特性

首先，我们看物质的本质不同。大家都知道骨骼和软组织的形态不同，但具体不同在哪里呢？回答这个问题前，我们先介绍一种思考问题的方式，称为“第一性原理（first principle）”。“第一性原理”这个概念最早由希腊哲学家亚里士多德提出，他认为系统中存在一些基本的命题或假设，不能被省略或违反。这意味着任何现象的发生都有其本质原因，我们应该更加注重应用第一性原理进行思考，从物理学的角度来看待问题，重新审视该如何做事，通过这种方式逐层揭示事物的本质，这也是纯电车特斯拉Tesla、太空科技Space X和脑机接口技术Neuralink等公司的创办人伊隆马斯克（Elon Musk）所倡导的一种思考问题的方法。

对于射频消融而言，从物理学的研究来看，物质的性质可以使用不同的物理特性来描述，和射频消融的应用而言，需要回答的是三个问题：（1）目标物质是否能允许电流通过（是否导电），（2）目标物质是否容易被加热，（3）周围介质的环境因素。

描述目标物质是否能导电和是否容易加热时，较相关的物理特性分别是电导率和比热容。电导率的物理意义代表的是“该目标物质是否容易导电“，越高的电导率代表的是越容易导电，电流更容易流经。比热容的物理意义代表的是“该目标物质是否容易加热“。比热容直接描述了将目标物质升高1摄氏度所需的能量，越高的比热容数值，代表的是需要更多热量才能将物质升高同样温度，此数值和灌注率有关（组织内的液体比例），通常而言，越高的灌注率代表较不易加热。由于骨骼是个“低电导率”和“低比热容”的低灌注物质[1-2]，骨骼一旦导电，是个非常容易被加热的物质，过大的加热能量输入，可能造成过快升温，形成碳化或结构爆裂的风险。

不同组织的物理特性数据，可见骨骼相比于软组织的电导率、比热容、灌注率的数据更低[1-2]

其次，对于目标消融位置的周围介质也有不同的性质。软组织而言，因为存在较多血管，将形成较大的热流失效应[3]，也就是射频消融产生的热量将被血管分流，实际应用在目标组织的有效能量就减少了，所以一般会采用大功率的设计，这样即使有热量流失，也能让目标组织得到足够的消融能量。然而在骨组织中较少有大型血管的血液流动产生的热流失效应，射频消融的能量绝大部分都应用在了目标组织。

结合骨骼 “低电导率”和“低比热容”的特性，一旦形成电流回路后，需要更好的温度控制，就意味着对于输入的温度控制精度要求更高，而不是一味追求过大的功率设计，也更适合使用温度控制的消融模式，以控制温度为目标，精准调整适合骨组织的输出功率，产生稳定且平缓的消融温度曲线。

美敦力OsteoCool™ 射频消融系统依据骨组织的物理特性设计了智能演算法，基于实时监测的消融区域温度，提供精准的温度（功率）控制，有效将消融区域温度维持在有效的目标温度，同时有阻抗监测截断监测功能，避免过热产生组织碳化，影响消融范围。

消融前 – 精准定位消融区域前后缘

消融中 – 智能演算功率全程控温，避免碳化，形成大范围消融区域

消融后 – 消融完成后，消融范围细胞灭活，可接续切换“回撤消融”将通道损毁，或使用同定位通道接续进行骨水泥填充灌注

总结

干货太多？简单一句话说明：

骨肿瘤因为物理特性的不同，射频消融的温度控制需要比软组织射频消融更精准且更精确的控制，也更适合采用温度控制的消融系统。

相比于传统射频消融更多应用在软组织的实体肿瘤消融，OsteoCool™ 射频消融系统是专为骨组织消融设计的智能医疗设备和器械，能以温度控制系统智能演算法，达到更安全且更微创的操作和控制，也是国内唯一获批的骨肿瘤射频消融适应症，采用智能系统、专为骨骼设计的演算法控制能量功率，实现实时温度、阻抗监测系统，采用骨骼专用演算法控制输出功率，达到稳定且安全的温度控制，并使用专用工具可以进行专利OsteoMAP物理定位技术，实现可预测且可重复的消融范围控制，提供骨肿瘤临床医生在治疗骨肿瘤患者更安全有效的疗法补充。