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图14-1-1 纳米刀的作用对象只针对细胞膜的脂质双层，对膜蛋白等其他分子无作用
高压陡脉冲治疗，也称纳米刀（Nanoknife），是基于微秒级高压电脉冲释放导致肿瘤细胞膜产生纳米级的不可逆穿孔（irreversibleelectroporation，IRE），从而造成细胞凋亡的一种新型肿瘤消融治疗方式。因临床中常使用“纳米刀”的说法，故本书将采用“纳米刀”一词进行详细内容的介绍。由于消融过程中消融区不产生温度变化，故区别于临床常用的冷或热的温度消融（thermoablation）。细胞膜是由脂类、蛋白质、糖类等组成，脂类以非极性基团向内、亲水性基团向外作双分子定向规则排列，膜蛋白镶嵌在类脂的双分子中。细胞膜对离子有一定的通透性，因而具有一定的导电性，但是和以电解质水溶液为主的细胞质的电导相比则小得多，因此，细胞可以近似看作具有介质特性的细胞膜包围着的易导电的细胞质，纳米刀的作用对象只针对细胞膜的脂质双层，对膜蛋白等其他分子无作用（图14-1-1）。癌变组织的介电常数明显高于正常组织，其电导率也比正常组织要高，也可以认为肿瘤细胞膜的介电常数高于正常细胞膜，肿瘤细胞质的电导高于正常细胞质，因而在外界作用（电磁场、温度等）下，肿瘤细胞相对于正常细胞具有更高的敏感性。研究发现陡脉冲作用后的细胞发生明显肿胀，细胞核固缩，扫描电镜观察结果显示出细胞膜出现孔洞并发生破裂，细胞质外喷。透射电镜观察结果发现核肿胀、核膜不完整、胞质内细胞器结构模糊、微绒毛肿胀、胞质、线粒体肿胀、空泡化和细胞膜多处断裂，最终引起细胞凋亡而蛋白质变性坏死（图14-1-2）。不可逆电穿孔技术通过两两电极针间高压电脉冲释放形成高场强消融区域，使消融区域覆盖的组织细胞膜上产生多个纳米级孔道，随着消融区域内电压不断升高，逐渐从可逆性孔道转变为不可逆性孔道，最终引起细胞内外环境失衡，造成细胞凋亡，从而永久性的破坏肿瘤细胞，其消融过程中只对消融区域内细胞膜脂质双分子层进行破坏，而血管和神经中含有更多胶原的结缔组织和弹性纤维，其细胞膜缺少产生不可逆电穿孔的磷脂双分子层，因此陡脉冲不会伤及血管和神经，对肿瘤细胞和结缔组织的作用效果也不一样：胶质结构没有受到影响，第二天可见未受损伤的外膜和外弹性膜、内皮细胞大量重新填充，第二周平滑肌肌细胞开始填充、血管壁组织结构没有受到影响（图14-1-3）。可以在靠近大血管和重要器官处进行消融。正是基于以上消融“特性”，使得不可逆电穿孔消融治疗在特殊部位肿瘤的治疗中尤其是局部晚期胰腺癌、肝门部肿瘤等的治疗中具有其他局部消融治疗（射频、微波、冷冻等）所不具备的优势。如：保留消融区域血管的完整性（图14-1-4）、消融的边界清晰（图14-1-5）、无热沉效应等。
图14-1-2 细胞凋亡而非蛋白质变性坏死
图14-1-3 肿瘤细胞和结缔组织的作用效果
图14-1-4 消融区的重要组织得以保留
图14-1-5 消融边界清晰
目前纳米刀消融的应用方式主要包括外科开腹术中直视下消融、影像学（CT/超声）引导下经皮穿刺消融以及腔镜辅助下消融三种，其中以前两种应用最为广泛。此外，纳米刀消融常常与放化疗、免疫治疗等相结合，以提高疗效，所以纳米刀产生疗效的原因是多方面的（图14-1-6）。以局部晚期胰腺癌为例，临床研究证实采用不可逆电穿孔消融治疗可提高患者生存期，与放化疗联合使患者中位生存期达24.9个月。
图14-1-6 纳米刀的多重作用
纳米刀治疗系统（图14-2-1）为肿瘤消融治疗技术的发展带来突破性进展。纳米刀主机包括显示器、控制台和键盘、探针面板、脚踏开关等供电装置，以及消融针、固定垫贴等附件，还必须有心电同步仪，能够输出高压、低能量的直流电消融软组织。每次最少需要2支消融针进行工作，最多可连接6支消融针，针的数量不同，排列要求和消融区域应该分别设计，如2针、3针、4针的消融，以3针、4针消融为例，每两针之间的消融区域相互叠加（图14-2-2、图14-2-3）。但是无论几个针，所有针必须保持平行，针的间距为1.5～2.0cm。配套使用心电同步仪可降低手术风险。治疗系统可显示消融针之间的相互位置、消融覆盖范围，在CT引导下方便制订穿刺和消融方案，且能自动模拟消融范围，并验证治疗效果（图14-2-4～图14-2-6）。
图14-2-1 纳米刀治疗系统、消融针及心电同步仪
图14-2-2 3针组合的消融针分布
图14-2-3 4针组合的消融针分布
图14-2-4 第一个消融区
图14-2-5 第二个消融区
图14-2-6 消融区叠加效果
1.心肺功能可耐受全身麻醉。
2.病理诊断明确恶性肿瘤患者（局域性淋巴结转移不超过3枚），初治、复治患者均可。
3.肿瘤大小（术前增强CT/MRI扫描横轴位最大径测量）≤5cm。
4.病变无法进行外科手术切除，或可进行外科手术但患者及家属意愿选择高压陡脉冲治疗者。
5.预计生存期在3个月以上，KPS评分≥50。
1.严重心律失常、癫痫病史或心脏起搏器植入者以及近期发生过大面积心肌梗死的患者。
2.严重心、肺、肾功能不全或不能耐受气管插管全身麻醉者。
3.造影剂过敏或因其他原因无法进行CT及MRI增强扫描者。
4.术前一周内血常规检查血红蛋白<70g/L或血小板计数<80×10 9 /L者。
5.距离消融区域2.5cm内有金属支架、或其他金属物植入者（相对禁忌证）。
6.术前门脉系统受侵犯并发门脉主干闭塞合并门脉高压和大量腹水者。
7.胆道梗阻、胆红素升高≥40μmol/L者。
8.一周内服用过抗凝药物或凝血功能异常者。
9.急性感染或慢性感染急性期。
10.妊娠、精神异常或有精神病史且不能自主配合者。
根据术前患者1周内影像学资料选取适合体位及穿刺路径，体表贴定位栅定位或机器人辅助导航定位。建立双静脉通道，桡动脉血压监测。麻醉完成后，行增强CT扫描（扫描层厚5mm），明确病灶边界、周围血管关系及病灶前方血管分布情况。根据肿瘤大小及位置确定电极针数（最少不少于2根，最多不超过6根）及进针路线，以进针路径短、避免损伤腹部重要血管和脏器为原则，根据病灶位置和最佳穿刺路径必要时可经过肝脏、胃、肠道。
电脉冲释放对细胞膜造成的影响分为可逆及不可逆两种，主要取决于消融电压大小，电场强度为50～1 000V/cm时其对细胞膜产生可逆性穿孔通常于180分钟后闭合。当电场强度为1 000～3 000V/cm时，则可对细胞膜产生不可逆损伤，引起细胞凋亡。由于不同组织结构导电性不同消融所需电压也不同，电压过高会引起组织损伤。细胞膜通透性改变可使组织导电性增加。消融区域温度升高与电极针间电压、针尖暴露长度、脉冲长度等相关。
采用CT引导进针完毕后，行CT平扫并进行多方位三维重建确定电极针位置、距离及穿刺过程中有无重要脏器及组织损伤。电极针位置和距离确认完毕后利用不可逆电穿孔消融仪的消融计划系统调整适合的消融参数，以达到消融区涵盖全部瘤体，消融参数为：电压1 500V/cm，脉冲数90～100，脉宽70～90μs。以20个脉冲进行消融测试观察消融后电流上升情况，电流达25A以上并随时间有上升趋势者测试合格，开始进行正式消融。1组循环脉冲释放后查看电流上升幅度达12～15A，最大不能接近50A，否则做相应的参数调整。采用超声引导时可结合术中超声表现变化，可随机进行参数调整，对于直径≥2cm的病灶，退针1cm后重复消融，直至消融区域涵盖全部病灶。消融结束后，再次行增强CT扫描，评估消融是否完全、是否有出血以及重要结构损伤。
纳米刀采用平行布针，原则即尽量保持纳米刀电极针两两平行（暴露端在同一平面内），术中可根据引导方式不同进行针距测量。消融针为19G单极电极针，长度15cm，针尖暴露1.0～1.5cm，针距1.6～2.3cm。电极针应尽量确保两两平行，沿病灶长轴进针，采用CT引导时可根据术中三维重建图像测量针尖距离，涵盖全部病灶，贴近血管布针时电极针应尽量沿血管长轴走行，避免与血管距离<0.5cm或直接垂直于血管方向穿刺布针。
纳米刀消融治疗前，除需熟悉其消融原理、掌握合理消融参数外，还应注意以下方面：
术前应严格把握患者选择标准，主要是病变临床分期（TNMⅢ期）、病变大小及与周围血管关系方面。早期有报道，纳米刀消融治疗适合最大径≤5.0cm病变，直径≤3.0cm可达到最佳消融效果，而对于病变过大且包绕血管程度较大者，往往消融时间较长、消融范围较大，术后消融区水肿常引起病变所包绕血管受压、血流受阻，易形成血栓。因此，对于易早期侵犯门静脉及肠系膜血管的胰头部及肝门部肿瘤，术前应严格把握纳米刀手术适应证，综合评估手术可行性及预期疗效，术前可采取诱导化疗，待肿瘤缩小达消融标准后再进行治疗，以增加手术疗效及安全性。对于其他部位的肿瘤，可在不影响治疗效果的前提下，通过分段消融适当放宽指征（肿瘤最大径≤7.0cm）。
CT引导下经皮纳米刀消融在进针过程中避免了外科开腹手术带来的创伤，以及手术相关并发症如吻合口漏、胰瘘、胆瘘等的发生，且避免了超声引导受胃肠道气体及病变深度影响的限制。但CT引导术中穿刺缺乏“实时性”，进针偏差及角度调整等会对周围组织造成损伤，对操作者水平要求较高，且术前对于患者选择要求较高，除病变大小、位置需符合进针要求外，影像上应能清晰显示病灶边缘。因此，术前常需结合MRI及CTA检查，以确保消融范围能够完全覆盖病灶。
纳米刀虽为非热能消融方式，但由于局部电流影响及组织本身具有导电性，在脉冲释放过程中消融区域内实际存在温度变化，主要与消融参数设定有关。纳米刀消融区域内热量的产生主要与脉冲释放时间及针尖暴露长度等因素相关。脉冲释放前需对消融进行预测试即电极针到位后，采用每组电极针暴露端1.0～1.5cm，电压1 500V/cm，波长90µs的参数进行脉冲测试。测试及消融结束后可通过电压及电流波形变化进行消融效果评估。测试电流一般为20～35A即可开始正式消融，如电流过低将导致消融不完全，可通过增加暴露端长度或提升电压进行调整，电流过高会引起不必要的组织热损伤，如电流超过50A系统将自动终止脉冲释放。治疗中为了提高消融效率可适当提高脉冲数目，但应注意过多地提高脉冲数目将导致消融区域局部电流升高，增加组织蛋白质变性及热损伤危险。目前临床在纳米刀消融治疗中，脉冲数选择90～100较为安全。
目前纳米刀消融术已在国内外临床中逐渐广泛开展起来，并在局部晚期肿瘤的治疗中取得肯定疗效。文献报道不可逆电穿孔消融治疗适合最大径≤5.0cm病变，直径≤3.0cm可达到最佳消融效果，肿瘤过大常影响消融效果，术后容易引起肿瘤复发。因此不可逆电穿孔消融术前应严格把握手术适应证，综合评估手术可行性及预期疗效，术前建议采取诱导化疗以增加疗效。纳米刀不仅可单独应用于肿瘤治疗，还可结合放化疗作为减瘤手段为外科手术创造机会，对于纳米刀联合化疗药物方案、剂量、时间以及何时能够达到消融最佳时机还需进一步探讨。另外，高压陡脉冲不可逆电穿孔消融术后可激发机体免疫系统对肿瘤细胞的杀伤，因此采用不可逆电穿孔联合免疫治疗可能有助于提高患者预后，但具体疗效尚待进一步临床研究。
（肖越勇 张 欣）