骨肿瘤冷冻外科治疗技术新进展

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骨肿瘤冷冻外科治疗技术新进展
曾荣铭１△（综述），洪加源２※（审校）
（１．福建中医学院，福州３５０００１；２．巾国人民解放军第１７５医院骨科，福建漳州３６３０００）
中图分类号：Ｒ７３８．１
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６－２０８４（２０１０）０４－０５６４－０３
摘要：冷冻外科技术经历了４０多年的发展和论证，在骨肿瘤方面的治疗效果己取得共识。近 年来，随着与冷冻外科技术相关的物理学、工程学、生理病理学的发展，及新一代冷冻设备、影像学 设备的涌现促进了冷冻治疗效果的较大提高。阐述不同温度条件下冷冻治疗的立即损伤和延迟 损伤机制，并对冷冻控制仪、冷媒及冷冻探针，温度监控设备，冷冻过程监控设备等冷冻设备研制 方面的新迸展予以综述。而后探讨该项技术目前存在的问题，并对其发展前景提出展望。
冷冻外科技术（ｃｒｙｏｓｕｒｇｅｒｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）是指利用 上，显示出强大的热融效应¨１。
深低温损伤造成特定组织的炎性反应或坏死，从而 达到治疗的目的。１９６４年Ｍａｒｃｏｖｅ等¨３最早将其应
１．２局部微循环淤滞早在２０世纪７０年代，有研 究者利用光镜、电镜观察发现：组织冷冻后的早期反
用于原发性和转移性骨肿瘤，取得满意疗效。近年 来，随着低温物理学、工程学、冷冻生理学和病理学
ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．ＭＯＦｅｏｖｅＦ．ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｒｙｏｓｕｒｇｅｒｙ；Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；Ｂｏｎｅ ｔｕｍｏｒｓ
复温阶段，当温度上升至 一４０℃以上，细胞内小冰晶再 结晶或相互融合形成大冰晶 加剧了对细胞的破坏。从 一４０℃回升到一２０℃，冰晶溶 解，细胞外间隙呈低渗状态， 细胞肿胀、破裂。具有冷热双 重功能的氩氦刀与冷热刀可 使局部温度快速升至４０℃以
结晶体形成和热融效应。延迟损伤则由微循环进行 冷冻治疗对机体免疫系统具有增强作用。将主要
性衰竭和免疫促进作用所致。在亚低温下（例如冷冻 （原发性）肿瘤冷冻消融后，其他同样（或转移）肿瘤
区边缘部分），冷冻主要通过凋亡引起靶细胞死亡。 １．１直接损伤作用冷冻对组织的直接损伤作用
可长期稳定或缩小，甚至消失。但目前对于冷冻治 疗启动抗肿瘤免疫反应的机制尚不明确，一般认为
是最早被认识的，因此它是冷冻外科治疗的最基本 可能与以下机制相关：①肿瘤抗原的激发及暴露；
出发点。当温度下降至冰点以下时，细胞外液结晶 ②抗肿瘤性细胞毒性抗体产生；③诱发细胞毒性Ｔ
出现，细胞内外渗透压发生改变，导致细胞脱水、皱 细胞免疫¨２｜。此独特性质是冷冻优于手术治疗方法
缩。当温度继续降低至约一４０℃时，冰晶开始在细 胞内形成，细胞器及细胞膜遭受不可逆损伤，细胞死
应是局部血管收缩，血流减少，继而微循环内血液凝 结。张发惠等一１研究发现：在非冷冻预处理温度下，
的发展，新一代冷冻设备、影像学设备的涌现，冷冻 外科技术已成为治疗骨肿瘤的重要手段。临床报
组织经冷冻后小血管内皮细胞呈不同程度的肿胀、 坏死，失去连续性，重者部分脱落。但因初次复温后
道【２４１显示，在外科治疗微创化的今天，冷冻疗法有 冷冻区循环障碍常可逆转，故往往需多次冷热交替
的重要方面之一。 １．４引导细胞凋亡作用 细胞凋亡是指细胞在一
亡【６】。另有学者则认为，在细胞的立即性冷冻损伤 定的条件下，基因调控的主动性、程序性的自我消亡
中，易溶性结晶的形成可能起着更重要作用。Ｈａｒｔ 过程。邹日坤等［１引通过氩氦刀冷冻小鼠肺腺癌动物
Hale Waihona Puke 等。刊实验发现：易溶性结晶十分细小，充填于细胞外 模型发现：冷冻中心区细胞死亡以坏死为主；冷冻周
着良好的前景。
操作。虽然微小动静脉在治疗后坏死难以逆转，但
ｌ 冷冻机制研究 组织冷冻后的损伤机制有两种：立即损伤和延
大血管一般不受破坏，即使受损，在其后２４ ｈ内一般 能恢复¨０Ｉ。这使得临近大血管的肿瘤能安全地接受
迟损伤ｂ１。组织立即损伤是冷冻和复温过程对靶细 治疗，体现了冷冻治疗技术的优越性。
胞的直接损伤作用，包括细胞内外冰晶形成、易溶性 １．３免疫促进作用 Ｕｄａｇａｗａ等…３的研究亦表明．
ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｂｏｎｅ ｔｕｍｏｒｓ ｃｏｍｅ ｔｏ ａ ｃｏｍｍｏｎ ｖｉｅｗ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ
ｐｈｙｓｉｃｓ，ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｐｈｙｓｉｏｐａｔｈｏｌｏｇｙ ｒｅｌａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ
ｏｆ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ
ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．ｓｕｃｈ ａｓ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｄｅｖｉｃｅ．Ｒｅｆｒｉｇｅｒ－
ａｎｔ，Ｆｒｅｅｚｅ ｐｒｏｂｅ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｉｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ
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析方法引人冷冻治疗中，并初步提出了用于刻画低 温手术过程中组织冻融损伤程度的公式。该方案有 望为从组织层次定量刻画冻融损伤提供新的理论途 径，但是熵产方程的导出是建立在某些假设的基础 之上。数学模型不一定完全反映实际的低温手术过 程。同时，肿瘤致死机制除不可逆热损伤外还有其 他诸多因素，这些都限制了熵产分析进一步的实用
术。生物组织内部的大量电解液在冷冻后，其电阻 抗值会有３—４个数量级的跃升。基于此原理，该项 技术可提供冷冻区全貌信息，但与温度传感器法有 共同的不足——有创。新近发展起来的无损电阻抗 成像技术¨驯解决了这一难题。操作简便、价格低廉， 快速采集和无损是其优点，但空间分辨率较低也是 亟待解决的问题。除电阻抗成像外，Ｘ．ＣＴ法、磁共 振法¨引、超声无损测温闭。以及红外摄温监测技 术旧ｕ在低温手术中均有尝试，但还不够成熟，仅处于 初步探索阶段。 ２．３过程监控设备第３代冷冻技术的应用和影 像技术的巨大进步使无损、实时监测得以实现，其中 超声成像技术最为成熟。引导简便，实时显示，无需 碘造影剂和无离子照射，但由于冷冻组织对超声信 号的反射引起“成像阴影”，误差较大。ＣＴ较超声能 更清楚地显示冷冻过程，但不能实时显示冷冻过程。 因此，超声与ｃＴ联合监测旧。可以起到互补作用。 近年来，多层螺旋ＣＴ应用于冷冻治疗也见报道１２３ Ｊ， 较之单层螺旋ＣＴ有更高的空间分辩率，可以显示肿 瘤周围的卫星病灶，使肿瘤定位更精确，有利于严密 的靶区设计。且多排螺旋ＣＴ带有透视功能，可以监 测和指导进刀，术者可根据透视影像适时调整进刀 路径。磁共振介入也是临床常见手段。它是指在磁 共振引导和监控下利用磁兼容器械、设备进行微创 性诊断与治疗手术的总称。李成利等Ｂｏ发现，在开 放式磁共振实时导引监测有更好的组织分辨率，且 存在血管留空效应，强化扫描可确定病灶范围，可提 供任意方位和多层面图像等。与其他过程监测设备 相比，显示出其“无与比拟的优势”ⅢＪ。另外核素骨 显像、可见光谱成像等技术在骨肿瘤冷冻治疗中应 用的探索也有望取得突破Ⅲ埘Ｊ。 ３问题与展望
临床上良性骨肿瘤多采用手术治疗，恶性骨肿 瘤则通常采用放疗、化疗与手术结合的综合治疗手 段。但由于多方面因素，恶性肿瘤手术创伤大，难以 保全肢体功能。近几年，冷冻外科技术作为骨肿瘤 治疗的一项高效、安全、微创的辅助治疗手段，其基 础方面研究有长足的进步，但仍存在多项瓶颈问题。 ３．１冷冻机制尚未完全探明 在冷冻损伤的机制 方面，以Ｍａｚｕｒ建立的“双因素假说”最为著名。此 后研究者相继提出的“Ｋ—Ｋ”模型、胞内冰晶形成机制 模型均未超出Ｍａｚｕｒ的理论范畴。这些理论大多数 局限于细胞层次的渗透和相变结冰现象的探究，未 能考虑到组织降温过程中的血液灌注率和代谢率这 ２个活体组织特有的热学参数，因此并不适用于组织 层次上的损伤评估。近来，有研究者将熵产理论分
冰晶与细胞膜之间，能直接损伤细胞膜，进而导致细 边区，光镜形态学检查及末端标记染色后可见两次
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细胞凋亡高峰出现。亚低温下靶细胞凋亡对提高冷冻 区边缘部的冷冻效果有积极意义。然而，若不能保证 靶细胞全部死亡，残存肿瘤细胞可能导致疾病的复发。 ２冷冻设备的改进
冷冻外科技术的新进展除了表现为理论的逐渐 阐明，更直观地体现于冷冻设备的改良、更新。一般 认为，冷冻治疗设备包括冷冻控制仪、冷媒及冷冻探 针、温度监控设备、冷冻过程监控设备等。 ２．１冷冻控制仪的研制 现今临床用于肿瘤冷冻 治疗的冷冻控制设备有开放式和闭合式两类。前者 通常是将冷冻剂涂擦于患处治疗浅表肿瘤，或手术 中暴露靶区后直接倾注、喷洒于病灶；而后者主要是 以液氮冷冻治疗仪和氩氦冷冻系统为主的经皮深部 位冷冻。以代表２０世纪末冷冻工程学最高水平的 氩氦冷冻系统为例，它是利用节流制冷机制，以此制 造局部超低温或高温破坏病灶。
关键词：冷冻外科；机制；设备；骨肿瘤
胞内易溶性结晶形成，损伤细 胞器。他们认为易溶性结晶 与冰晶不是同一物质，在冷损 伤发生中既各自独立发挥作 用，又相互促进。
Ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｂｏｎｅ Ｔｕｍｏｒｓ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｃｒｙｏｓｕｒｇｅｒｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ＺＥＮＧ Ｐｗｎｇ—ｍｉｎｇ‘．
氩氦微创靶向手术系统相较于传统冷冻手段有 微创、出血少等众多优势，但存在温度调控、监测不 够精确，冻结范围有限等缺陷¨４｜，同时较昂贵的治疗 费用也制约了它的广泛使用。鉴于此，近年来多种 改良冷冻治疗系统不断涌现：①苏颖颖等¨纠介绍了 一种自行研制的创新型多刀肿瘤超低温冷冻治疗设 备，采用常温高压氮气（１４ ＭＰａ）作为制冷介质，与目 前临床上应用的采用４０ ＭＰａ高压氩气作为制冷介 质的系统相比，提高了系统安全性和实用性且具有 更强的制冷能力。②闰井夫等坤１报道了中国科学院 理化技术研究所自主研制的冷热聚能刀。实验显 示，探针刀头外壁总体上能在大约４ ｍｉｎ以内下降到 极低温度（约一１６０℃），并维持稳定；而当冷热刀处 于升温阶段时，刀头外壁温度可迅速上升，在约２ ｍｉｎ 左右即达到８０℃，冰球紧贴刀杆部分随即熔化。优 异的快速冷冻和高强度加热功能，可望在肿瘤的高 效微创治疗上发挥关键作用。③严嘉¨刮首次提出自 吸式液体ＣＯ，冷冻刀这一概念，采用真空泵抽吸使 组织处于负压状态，既可减少组织的血流灌注，又有 助于减小癌细胞的扩散概率，提高了手术成功率。 ２．２温度监控设备冷冻温度监测一直以来都是 困扰冷冻治疗技术的瓶颈问题。如何有效测量形态 不规则肿瘤温度以及冰球的延伸状况，从而能准确 地判定“有效冷冻区”，是微创、彻底治疗肿瘤的前提 条件。温度传感器法是临床常用方法，然而部位监 测局限性使其难以对形态不规则肿瘤或深部组织进 行精确和行之有效的监测。有文献报道，采用热电 偶信号放大器ＡＤ５９５结合Ｋ型热电偶温度传感器可 有效地改善上述缺陷¨７｜。考虑到热电偶监测的局限 性，早期有学者应用低频电阻抗测量法监测低温手