美国氩氦刀原理和技术介绍

美国氩氦刀原理和技术CryocareTargetedCryoablationTherapy(TCAP)(Ar-HeKnife)赵国江博士JohnZhao,Ph.D.

美国氩氦刀工作原理美国氩氦刀基于物理学的焦耳-汤姆逊原理（Joule-ThomsonPrinciple）：当气体通过一个狭小的孔路（焦耳-汤姆逊孔），从较高压力的区域流入较低压力的区域时，它将被节流。大多数气体遭遇节流后温度将下降。而某些气体，例如氢气和氦气，温度反而上升。美国氩氦刀的每个通道分配器控制氩气阀和氦气阀。分配器将氩气限压在大约2,800psi后供给冷刀，在冷刀尖通过一个直径很小的微孔（焦耳-汤姆逊孔），迫使气压急剧下降到大约150psi。如此压降将造成氩气温度下降和在冷刀尖形成冰球（冷冻模式）。当1,000psi氦气通过焦耳-汤姆逊孔时，将使气体温度上升（加热模式）冷刀自带测温-实时监控靶区温度（第四代冷冻技术之一）

美国氩氦刀卓越热绝缘性能

（第四代冷冻技术之二）氩氦刀使用常温气体，制冷或加热只局限在冷刀尖端，不会对周围正常组织及穿刺路径产生伤害。图示为操作者裸手握刀杆冷冻，刀尖达-190℃，手无损伤。独家专利的可变冰球冷刀（第四代冷冻技术之三）V型可变冷刀结构图新型直冷刀冷刀一次性成型，无接口超声、DSA引导经皮治疗自带测温，实时温度监测针头状刀尖，可直接穿刺（2,3,5,8mm直径）新型直角冷刀专为CT/DSA直角型设计方便实时影像引导和监测自带测温的实时温度监测针头状刀尖，可直接穿刺加长直角冷刀为腔镜使用（1.7,2.4,3.8mm直径）美国氩氦刀

CryocareSurgicalSystem

美国氩氦刀

FDA和欧盟批准

50余项美国航天专利中国100家医院使用美国450家医院安装美国氩氦刀氩气：满瓶5000psi，工作压力2,800psi氦气：满瓶2200psi，工作压力1,000psi美国氩氦刀冷冻和加热曲线50100150200250300350400-160-140-120-100-80-60-40-20020321T/℃t/s1–2mm冷刀冷冻曲线2–3mm冷刀冷冻曲线3–5mm冷刀冷冻曲线美国氩氦刀杀灭肿瘤细胞机理:靶区冷冻消融效应(rapidcool)

血管冷冻栓塞效应(slowcool)

抗肿瘤免疫激活效应氩氦刀治疗不伤害大血管

由于热血的“热池效应”和人体对冷刺激的自然反应，大血管遇冷后会加速血流、带走冷量；且大血管是多层上皮细胞组成，可抵御冷冻伤害。而由单层上皮细胞组成的微细血管则会被冷冻消融和栓塞。靶区边缘血管无损伤WHW适应证示意图－国际冷冻治疗学会ISC提供美国氩氦刀适应症恶性实体肿瘤肝癌、肺癌、脑瘤、胰腺癌、甲状腺癌、前列腺癌、肾及肾上腺肿瘤、腹腔及盆腔肿瘤、骨肿瘤、软组织肿瘤、头颈及皮肤肿瘤、转移性胃肠肿瘤等实体肿瘤良性肿瘤及良性增生病变前列腺增生、乳腺肿瘤、血管瘤、肉瘤、子宫肌瘤、囊肿、疣、痔疮、癌前病变、口腔白斑病美国氩氦刀主要使用科室肿瘤科、介入科、放疗科、胸外科、肝胆外科、普外科、泌尿外科、神经外科、妇科、皮肤科、乳腺科、呼吸科、消化科、耳鼻喉科及直肠科

美国氩氦刀影像引导可由B超、CT、X光机、C臂、模拟定位机等影像设备引导CT引导在CT成像中，冰球的图像会有40HU的下降；靶区会变成低密度区（清晰的阴影区）。超声引导在B超成像中，冰是弱回声的（暗区），冰球边缘却是强回声带（亮带）。良好的术中影像监测可保证肿瘤消融区的精确控制。

氩氦刀术后影像学改变术后1周时，靶区组织在非增强的CT成像中将表现为高度液化区，而在增强CT成像中则表现为无血管区。在术后1周至数周内，靶区组织周围将被一个高密度的、加强边缘包围。几个月内，坏死的组织将被吸收，靶区将最终变为一个被正常的组织包围的疤痕区。氩氦刀和局部热消融（射频、微波、超声）比较

（左）氩氦刀治疗区：消融区(外圈)形状规则;肿瘤影像(内圈)清晰（右）局部热疗治疗区：消融区边界不规则、肿瘤影像不清晰（日本东京庆应大学医院KeioUniv.提供）所见即所得美国氩氦刀靶区成像边界即是治疗边界，不会产生伪影，可完全达到”所见即所得”的最佳效果（whatyouseeiswhatyouget）。国外研究证明：利用热效应的射频、微波、超声聚焦等局部治疗方法，会发生组织汽化；气泡会从治疗区域向组织、结构稀疏处渗透，形成“伪边界”，它是造成热消融定位和治疗失误的重要原因。而氩氦刀形成的影像边界，无论B超、CT成像等，即是消融边界。这为临床治疗和疗效评价，提供确切依据，可避免肿瘤残留或正常组织损伤。例如左图深色内圈为肿瘤部位，外圈为氩氦刀消融区。美国1.7mm和以色列1.47mm冷刀比较

（相差0.23mm即三根头发丝差距）冷刀工作压力与耗气氩气工作压力–冷冻美国冷刀为2800psi以色列冷刀为4000psi美国冷刀气体利用效率为以色列冷刀的2.2倍氦气工作压力–加热美国冷刀为1000psi，使用常见普压150公斤氦气 美国冷刀每瓶氦气平均可以作4例手术以色列冷刀使用的4500psi高压氦气，非常难供应，且价格为普压氦气的4-5倍，费用高昂【例】上海长征医院武清主任做了1500例氩氦刀手术，并使用了两种设备，得出结论：1个5cm肿瘤，美国氩氦刀两把2毫米或3毫米冷刀、1瓶氩气、1/4瓶氦气解决的问题，其他冷冻设备用5把5mm冷刀、5瓶氩气、2瓶高压氦气解决冷刀测温现代冷冻消融技术是在严格温度监控下的靶向治疗技术，离开了实时温度监测，则治疗是完全盲目和危险的。国际公认的冷消融治疗标准为：消融区达到-40℃以下两次，才认可是完全灭活。任何不能确认此治疗原则的治疗过程，将误导病人、引致医疗纠纷。而温度0℃至-196℃的冰球，其影像学的表象是完全一样的，根本无法区分。受到人体组织结构、气体纯度、压力、冷冻设备状况、冷刀物理状态和消毒、靶区状况、人为因素等复杂因素影响，冷刀在体内达到的温度也是千差万别的，甚至难以重复的。美国冷刀自带测温，可实时监测消融靶区温度。以色列冷刀不带测温，在国外使用时，必须在冷刀旁再插入一支测温探针，这带来额外穿刺伤害和危险。但在国内使用时，很多时不再放置测温探针，这违反治疗原则和规范，根本无法确保治疗效果某种设备三支冷刀插入冷冻，主机无任何温度显示，盲目治疗不用氦气的“氩氦刀”–复古的“先进技术”氩气制冷与氦气加热是氩氦刀的技术特长。氦气加热只局限在刀尖，且热效率为热传导的几百倍，这是氩氦刀治疗的技术基础之一。不用氦气加热无法快速加热并爆破冷冻的肿瘤组织，将无法达到治疗效果；也无法保护刀杆经过的正常组织不受损伤。电钨丝加热或热气传导，是几十年前液氮（如Candela公司的LCS-2000，CMS公司的Accuprobe）、二氧化碳等落后的低温设备使用的加热方式，属早已淘汰的落后技术。由于电加热效率低而气体比热极小，导致加热时间长、速度慢，造成局部肿瘤复发率高深冷的通道中通入高温气体，对穿刺路径带来极大伤害，造成刀杆周围组织灼伤等并发症使用电热或热气加热的冷冻设备，既是冷冻技术的倒退，也是未经国家药监局注册批准的无证产品美国氩氦刀:其他冷冻刀比较项目美国氩氦刀其他冷冻刀美国用户数500家少于50家港澳台东南亚用户数10家（台6，菲1，印3）无进入中国市场10年（1999年至今）8年（2001年至今）市场占有率90%10%中国总代理数1家数家总代理中国医院购买数130家（北京16台，山东13台）<20家(多家共用，流动出租)三甲医院购置数90家2家超过1台用户数4家（用户坚定选择美国氩氦刀）无美国病例数美国每年1万例十分之一中国病例总数超5万例2000例最多病例医院6000余少于200例超过1000例医院10家无超过500例医院30家左右无超过100例医院90余家3家比较项目美国氩氦刀其他冷冻刀氩气工作压力2800psi（原厂数据）4000psi（原厂数据）氦气工作压力1000psi（普通气）4000psi（高压气）氦气气源要求2180psi（150公斤压力，普通气）6000psi（高压气）冷刀工艺特点一次成型、无接口、无泄漏气喉和刀分开，无法彻底消毒冷刀消毒原厂、医院、消毒公司可消毒不允许消毒（原厂锁定）冷刀测温自带测温探针，实时显示无冷刀控制各道独立控制，相当4/8台设备5刀一组控制，不独立CT专用直角冷刀1.7mm，2.4mm，3.8mm直径无腔镜专用长冷刀有专为腔镜使用6种型号长冷刀无可变冰球冷刀有（刀柄有控制冰球按钮）无单例冷刀成本低很高刀杆热绝缘刀杆带真空热绝缘层，绝缘良好无热工效率高（刀内嵌有气体热交换装置）低冰球/消融范围大小大（冰球）小（冰粒）前列腺癌治疗冷刀数2-6支15-21支St