剂量是影响集成纳秒脉冲不可逆电穿孔（INSPIRE）治疗体积的关键因素

《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》：Dose Is a Critical Factor Affecting Treatment Volumes for Integrated Nanosecond Pulse Irreversible Electroporation (INSPIRE)

高电压交替极性短脉冲电场消融（INSPIRE）在健康猪肝模型中经单电极经皮给药，通过45°C温控施加6000V波形（脉宽750/1000/2000ns），评估治疗体积和心肌安全性。结果显示脉冲宽度对治疗体积无显著影响，剂量是关键因素，最佳剂量范围为0.01-0.02秒（治疗时间2-4分钟），证实INSPIRE在体安全且效率优于传统方法。

　　

摘要：

目的：本研究旨在探讨电剂量对INSPIRE体内治疗的影响，该治疗采用具有主动温度控制功能的高压超短交替极性电脉冲。方法：通过经皮单 applicator 和接地垫的方式，将INSPIRE应用于健康的猪肝组织。在45°C的温度控制下，施加6000 V的波形，包括750 ns、1000 ns或2000 ns的双极脉冲，以观察脉冲长度小于、等于或大于细胞膜充电时间时的效果。治疗后一周通过计算机断层扫描评估治疗体积，并通过血清肌钙蛋白分析评估心脏安全性。结果：脉冲持续时间对治疗体积没有显著影响，但剂量被确定为影响治疗效果的关键因素。对于0.0025 s的剂量，在0.3分钟内产生的治疗体积为1.3±0.6 cm3（2.4 × 0.9 cm）。而0.04 s的剂量产生的治疗体积增加到12.8±4.8 cm3（9.7分钟，3.9 × 2.5 cm）。未发现肌钙蛋白水平有显著变化。结论：本研究证明了无需心脏同步的高压INSPIRE治疗的体内安全性。治疗体积存在明显的剂量依赖性。最佳治疗效果出现在0.01至0.02 s的剂量范围内，治疗时间为2-4分钟。意义：与传统的两到六个 applicator 方法相比，单 applicator INSPIRE治疗显著简化了治疗计划和临床实施。研究表明，INSPIRE方案能够快速形成较大的球形治疗区域，并将治疗时间缩短一个数量级。

引言

脉冲场消融（PFA）是一种新一代的局部治疗方法，利用超短电脉冲在细胞膜上产生瞬时孔洞。当适当应用时，这会导致细胞膜严重破坏，从而通过不可逆电穿孔（IRE）[2] [3]过程诱导细胞死亡。首个获得临床批准的IRE设备NanoKnife（NK-IRE）通过插入肿瘤的两个平行 applicator 传递一系列90-100次、每次80-100 μs的电脉冲（图1(a)）。由于NK-IRE不依赖热量来产生致命效果[4]，因此它有可能保护治疗区域附近或内部的血管、神经和其他关键结构[5] [6] [7]。在过去十年中，NK-IRE已成为治疗胰腺[8] [9]、肝脏[10] [11]和前列腺[12] [13]癌症的有前景的方法，尤其是在热消融方法不适用的患者中。图1.

NK-IRE与INSPIRE治疗对比。(a) NK-IRE通过两个平行电极施加80–100 μs的脉冲，并进行心脏同步。(b) INSPIRE根据温度反馈施加一系列交替极性脉冲，脉冲间隔可变。P.W.代表实验脉冲宽度，在本研究中固定为750 ns、1000 ns或2000 ns。(c) 通过经皮 applicator 和接地垫进行INSPIRE治疗的照片，使用(d) 内部冷却的温度感应 applicator。