張孝天 臧 琦
肺氣腫是一種慢性、漸進(jìn)性、不可逆的疾病,嚴(yán)重威脅著人類的健康,它以肺的高膨脹性、低彈性為特點(diǎn)。目前藥物治療只能緩解患者的自覺(jué)癥狀但不能改變或逆轉(zhuǎn)疾病的進(jìn)程。傳統(tǒng)肺減容手術(shù)和微創(chuàng)肺減容術(shù)對(duì)肺氣腫的治療均取得了一定的效果,然而,大規(guī)模的臨床對(duì)照試驗(yàn)顯示傳統(tǒng)肺減容術(shù)( LVRS) 對(duì)患者選擇要求高、創(chuàng)傷大,且此類患者心肺功能差,導(dǎo)致手術(shù)并發(fā)癥和病死率仍相對(duì)較高;微創(chuàng)肺減容術(shù)系指經(jīng)支氣管鏡封堵靶區(qū)支氣管以達(dá)到肺減容的效果,但因目前的注射藥物及封堵材料不理想,靶區(qū)可出現(xiàn)無(wú)菌性炎癥和( 或) 膿腫; 由于氣腫肺組織的高度充氣及側(cè)支通氣的存在,被封堵遠(yuǎn)端肺組織萎陷程度不一,使肺減容效果不確切。因此,研究一種新途徑的微創(chuàng)肺減容術(shù),既能達(dá)到傳統(tǒng)肺減容術(shù)的效果,又能將創(chuàng)傷減小到最低,這是目前臨床所需要的。本研究基于肺減容術(shù)和微創(chuàng)技術(shù)兩個(gè)概念及氬氦刀冷凍消融原理,設(shè)計(jì)采用氬氦刀經(jīng)皮靶向肺減容術(shù)治療實(shí)驗(yàn)兔肺氣腫,探討經(jīng)皮冷凍肺的治療技術(shù)方案,了解氣腫肺冷消融后不同時(shí)間的肺功能及血?dú)庾兓约敖M織病理學(xué)特性,確定氬氦刀經(jīng)皮靶向肺減容術(shù)的有效性、可行性和安全性。
1.實(shí)驗(yàn)對(duì)象:純種健康新西蘭成年大白兔20 只( 山東大學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供) ,常規(guī)喂養(yǎng),實(shí)驗(yàn)前2 周內(nèi)接受常規(guī)檢查,無(wú)飲食和行為異常。本研究設(shè)計(jì)獲得山東省千佛山醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。
2.實(shí)驗(yàn)儀器: ( 1) 氬氦冷凍系統(tǒng): 美國(guó)恩多凱爾( endocare) 公司生產(chǎn),氬氦刀直徑2mm。該系統(tǒng)是根據(jù)焦耳定律設(shè)計(jì),其原理是高壓氣體經(jīng)過(guò)狹窄的噴嘴進(jìn)入探針尖端,壓力突然下降,不同的氣體在局部產(chǎn)生不同的溫度變化。氬氣引起溫度降低( 可達(dá)-150℃) ,氦氣可使溫度升高( 可達(dá)60℃) 。(2) AniRes 2005 動(dòng)物肺功能分析系統(tǒng):北京貝蘭博科技有限公司生產(chǎn)。(3) 快速血?dú)夥治鰞x: i -stat corporation,East Windsor,NJ。
3.兔肺氣腫造模方法:胰彈性蛋白酶( 上海伯奧生物科技有限公司產(chǎn)品,活性1000U/mg) 按2000U/kg 體重加生理鹽水稀釋至3ml,將內(nèi)徑為3.0mm 的氣管插管盲插入兔氣管內(nèi),經(jīng)氣管插管1 次性緩慢注入兔肺內(nèi),將兔直立旋轉(zhuǎn),使酶液均勻分布肺內(nèi),正常飼養(yǎng)6 周,經(jīng)肺功能檢測(cè)證實(shí)形成中至重度肺氣腫( 造模過(guò)程中如出現(xiàn)造模兔死亡,由備用新西蘭大白兔補(bǔ)充) 。
4.氬氦刀冷消融方法: 經(jīng)兔耳緣靜脈注射氯胺酮與安定混合麻醉。氯胺酮(100mg∶2ml) 與地西泮(10mg∶2ml) 按1∶1混合,加生理鹽水稀釋至20ml,每次注射2 ~3ml。麻醉成功后用CT 確定冷凍部位,采用經(jīng)皮穿刺的方法,刀尖至靶肺中心。
首先對(duì)兔正常肺實(shí)施2 ~3 次冷融循環(huán),冷凍時(shí)間每次5min,復(fù)溫過(guò)程每次2min,發(fā)現(xiàn)3 次冷融循環(huán)可使兔術(shù)中及術(shù)后出現(xiàn)較高病死率,因此,實(shí)驗(yàn)組冷凍全部采用2 次冷融循環(huán),每次5min,復(fù)溫過(guò)程采用氦氣主動(dòng)復(fù)溫,復(fù)溫時(shí)間為2min。實(shí)驗(yàn)組20 只建立肺氣腫模型新西蘭大白兔分別隨機(jī)對(duì)應(yīng)分為5 組,每組4 只,標(biāo)示術(shù)后1、3、7、14 和28 天。
5.肺功能檢查:在造模前后和治療后不同時(shí)間內(nèi)經(jīng)兔耳緣靜脈注射氯胺酮與地西泮混合麻醉藥物麻醉動(dòng)物,氣管插管后用AniRes2005 動(dòng)物肺功能分析系統(tǒng)檢測(cè)兔肺功能。檢測(cè)指標(biāo)包括:用力呼氣量( FEV0.4) 、用力肺活量/最大肺活量( FEV0.4/ FVC) 、殘氣量/肺總量( FRC/TLC) 、呼氣相氣道阻力( Re) 。
6.血?dú)夥治觯涸谠炷G昂蠛椭委熀蟛煌瑫r(shí)間內(nèi)分別從兔耳背動(dòng)脈抽取動(dòng)脈血1ml,用肝素鈉抗凝后,在快速血?dú)夥治鰞x上進(jìn)行血?dú)夥治?。測(cè)定指標(biāo)包括:PaO2、PaCO2、SaO2和pH 值。
7.組織標(biāo)本制作:5 組動(dòng)物分別于術(shù)后1、3、7、14 和28 天時(shí)行肺功能檢測(cè)、血?dú)夥治?,然后相?yīng)當(dāng)天隨機(jī)處死1 只動(dòng)物留取雙肺組織,10%甲醛溶液固定、石蠟包埋、切片,HE 染色。
8.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法:造模后術(shù)前和術(shù)后1、3、7、14 和28 天肺功能和血?dú)夥治鰯?shù)值對(duì)照,采用SPSS 11.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件,數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s) 表示,多組間均數(shù)比較采用方差分析,確定肺功能改善最佳時(shí)間。以P <0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
1.氬氦刀肺減容肺部影像學(xué)變化趨勢(shì):冷凍開(kāi)始后肺部靶向部位磨玻璃樣影( 邊界較模糊) →密度增高( 邊界清晰) →肺組織高密度實(shí)變影。肺冷凍消融開(kāi)始第1 次冷凍循環(huán)時(shí),探針周圍逐漸出現(xiàn)毛玻璃樣陰影,與周圍組織分界不清;而第1 次復(fù)溫期間,開(kāi)始時(shí)CT 下可見(jiàn)探針周圍不透明磨玻璃樣影,與周圍分界不清,并逐漸擴(kuò)大,密度亦逐漸增加;第2 個(gè)冷融循環(huán)時(shí),可見(jiàn)冷凍區(qū)肺組織高密度實(shí)變影,周圍邊界清晰;可見(jiàn)冷凍探針金屬高密度影( 圖1) 。
圖1 氬氦刀冷凍消融時(shí)肺部影像學(xué)變化
2.肺功能檢測(cè)指標(biāo)變化: 與正常肺功能比較,肺氣腫模型或氬氦刀肺減容術(shù)后各組,F(xiàn)EV0.4、FEV0.4/FVC 均降低,F(xiàn)RC/TLC,Re 均增高( P <0.05) ; 與肺氣腫模型比較,氬氦刀肺減容術(shù)后1 天肺功能無(wú)明顯變化( P >0.05) ,術(shù)后3 天、術(shù)后7 天FEV0.4、FEV0.4/FVC 均增加,F(xiàn)RC/TLC,Re 均降低( P <0.05) ,術(shù)后14 天和術(shù)后28 天FEV0.4、FEV0.4/FVC 均顯著增加,F(xiàn)RC/TLC,Re 均顯著降低( P <0.01) ; 術(shù)后14 天與術(shù)后28 天肺功能變化之間相比,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義( P >0.05,表1) 。
表1 氬氦刀肺減容術(shù)前后肺功能變化(±s)
表1 氬氦刀肺減容術(shù)前后肺功能變化(±s)
分組 FEV0.4 FEV0.4/FVC FRC/TLC Re正常 8.94 ±3.79 87.64 ±19.17 12.67 ±2.84 23.49 ±3.61肺氣腫模型 5.34 ±2.01 55.95 ±21.32 38.81 ±6.24 37.03 ±8.43術(shù)后1 天 5.26 ±2.87 55.47 ±12.61 33.29 ±6.77 37.02 ±5.98術(shù)后3 天 5.73 ±2.14 57.71 ±12.47 31.27 ±5.15 35.81 ±9.33術(shù)后7 天 6.04 ±0.93 62.79 ±5.79 28.63 ±2.26 34.71 ±3.30術(shù)后14 天 7.38 ±1.92 66.78 ±5.53 25.09 ±2.26 31.17 ±2.42術(shù)后28 天7.41 ±2.31 65.35 ±7.65 24.98 ±6.16 31.58 ±5.49
3.血?dú)夥治鰴z測(cè)指標(biāo)變化:與正常兔血?dú)庵笜?biāo)變化比較,肺氣腫模型或氬氦刀肺減容術(shù)后各組相比,各組血?dú)庵笜?biāo)PaCO2均增加,pH 值、SaO2和PaO2均降低( P <0.05) ; 與肺氣腫模型比較,術(shù)后1 天血?dú)夥治鲋笜?biāo)無(wú)明顯變化( P >0.05) ,術(shù)后3 天和術(shù)后7天pH、PaO2、SaO2均增加,PaCO2均降低( P <0.05) ,術(shù)后14 天和術(shù)后28 天pH 值、PaO2、SaO2均顯著增加,PaCO2均顯著降低( P <0.01) ;術(shù)后14 天與術(shù)后28 天血?dú)夥治鲋笜?biāo)變化相比無(wú)明顯變化( P >0.05,表2) 。
4.病理觀察:氬氦刀冷凍消融后1 天: 冷凍中心可見(jiàn)肺組織出血壞死,氣管及血管較難分辨( 圖2A) ;周圍肺泡結(jié)構(gòu)存在,部分肺泡間隔毛細(xì)血管充血,肺組織水腫,少量出血( 圖2B) ;冷凍消融3 天:冷凍中心區(qū)域可見(jiàn)壞死出血( 圖2C) ,周圍組織肺泡骨架正常,部分肺泡間隔毛細(xì)血管充血水腫( 圖2D) ;冷凍消融后7 天: 冷凍中心區(qū)域出血壞死,可見(jiàn)膠原生成( 圖2E) ,冷凍中心周圍可見(jiàn)肉芽組織、肺泡上皮和支氣管上皮增生。肺泡周圍毛細(xì)血管充血,可見(jiàn)含鐵血黃素巨噬細(xì)胞( 圖2F) 。冷凍消融術(shù)后14 天:冷凍中心組織壞死,慢性炎性細(xì)胞浸潤(rùn)( 圖2G) ,周圍組織充血,可見(jiàn)肉芽組織增生,含鐵血黃素沉積( 圖2H) 。冷凍消融術(shù)后28 天:冷凍中心膠原纖維增生,纖毛柱狀上皮增生,黏膜內(nèi)及黏膜下中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)( 圖2I) ,周邊纖維組織增生,散在慢性炎性細(xì)胞浸潤(rùn),含鐵血黃素沉積( 圖2J) 。
表2 氬氦刀肺減容術(shù)前后血?dú)庾兓?±s)
表2 氬氦刀肺減容術(shù)前后血?dú)庾兓?±s)
肺功能 pH 值 PaO2( mmHg) PaCO2( mmHg) SaO2( %)24肺氣腫模型 7.325 ±0.021 61.47 ±8.06 49.18 ±9.21 89.11 ±8.32術(shù)后1 天 7.323 ±0.032 64.23 ±4.75 48.55 ±9.93 88.26 ±6.29術(shù)后3 天 7.343 ±0.026 69.03 ±7.36 46.67 ±9.16 90.97 ±5.64術(shù)后7 天 7.344 ±0.013 69.12 ±3.37 46.86 ±3.94 90.27 ±2.44術(shù)后14 天 7.357 ±0.011 74.17 ±2.67 44.68 ±3.03 92.44 ±5.76術(shù)后28 天 7.361 ±0.024 74.02 ±6.14 44.83 ±6.54 93.89 ±2.35正常 7.372 ±0.012 95.43 ±0.82 38.12 ±1.96 96.47 ±1.
圖2 肺冷凍區(qū)光鏡下的組織學(xué)改變( HE,×20)
肺減容術(shù)是由Brantigan 等[1]于1957 年在前人經(jīng)驗(yàn)和對(duì)胸腔生理深入了解的基礎(chǔ)上,對(duì)肺氣腫及其治療提出的,并在臨實(shí)踐中達(dá)到預(yù)期的效果,但是肺組織漏氣等并發(fā)癥較多,病死率較高。此后Cooper等[2]雖經(jīng)多方面的改進(jìn)已基本解決殘肺漏氣的問(wèn)題,使LVRS 的安全性得到了明顯提高。但仍有文獻(xiàn)報(bào)道LVRS 術(shù)后并發(fā)癥肺持續(xù)漏氣高達(dá)68%,F(xiàn)EV1和DLCO ≤20% 的病例術(shù)后30 天內(nèi)病死率高達(dá)16%[3,4]。微創(chuàng)手術(shù)包括支氣管生物蛋白膠封堵、支氣管內(nèi)單向閥門(mén)置入等新的方法目前大多尚處于探索或初期試驗(yàn)階段,仍有不少問(wèn)題有待解決[5]。氬氦刀通過(guò)介入人體微控針的冷凍來(lái)促使病灶組織快速降溫、冷凍及融化,同時(shí)使血管閉塞引起缺血性缺氧致相應(yīng)區(qū)域細(xì)胞變性壞死,產(chǎn)生不可逆損傷,從而達(dá)到清除病灶的目的,常用于肝、腎、前列腺以及肺部實(shí)體腫瘤的治療。隨著氬氦刀的免疫效應(yīng)、熱池效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)不斷被發(fā)現(xiàn)以及氬氦刀治療實(shí)體腫瘤方法的逐漸成熟,關(guān)于氬氦刀治療腫瘤的報(bào)道越來(lái)越多,然而文獻(xiàn)對(duì)氬氦刀冷凍消融對(duì)肺氣腫治療方法卻鮮有報(bào)道[6,7]。
氬氦刀對(duì)肺臟的冷凍消融與其他實(shí)質(zhì)性臟器略有不同。因肺內(nèi)含有大量氣體,阻礙低溫在肺內(nèi)順利傳導(dǎo),使冰球的形成受阻,導(dǎo)致在相同冷溶循環(huán)及時(shí)間下,使肺氣腫肺與其他實(shí)體組織冷凍范圍有較大區(qū)別。Permpongkosol 等[8]通過(guò)對(duì)豬應(yīng)用相同冷凍消融方案,比較氬氦刀冷凍消融作用于肝臟、腎臟、肺3 個(gè)器官時(shí),肺的冷凍區(qū)域面積最小。Hinshau 等[9]對(duì)正常豬肺總共行18 次冷融循環(huán),其中2 次冷融循環(huán)和3 次冷融循環(huán)各9 次,結(jié)果行3 次冷融循環(huán)組有較大的冷凍消融面積,且產(chǎn)生較高的免疫反應(yīng)。Izumi等[10]對(duì)正常豬肺分別進(jìn)行1 和2 次冷溶循環(huán)后,指出經(jīng)過(guò)第1 次冷凍-復(fù)溫循環(huán)后,肺泡腔被液體填充,改變了肺的冷凍性能,使冷凍區(qū)域面積在行第2次冷凍-復(fù)溫循環(huán)后較第1 次明顯擴(kuò)大。在預(yù)實(shí)驗(yàn)中,筆者曾對(duì)兔正常肺施行3 次冷融循環(huán),冷凍時(shí)間每次5min,復(fù)溫過(guò)程每次2min,但術(shù)中及術(shù)后死亡率較高,筆者考慮由于兔肺臟體積相對(duì)較小,3 次冷融循環(huán)使冷凍范圍過(guò)大導(dǎo)致死亡率增加。因此,在肺氣腫氬氦刀肺減容治療中,筆者全部采用2 次冷融循環(huán),冷凍過(guò)程每次5min,復(fù)溫過(guò)程每次2min。根據(jù)冷融循環(huán)過(guò)程中胸部CT 表現(xiàn)中筆者了解到,隨著冷融循環(huán)次數(shù)的增加,冰球直徑及冷凍區(qū)域密度逐漸升高。蘇木素伊紅染色病理切片證實(shí)氬氦刀探針中心部位肺組織及周圍臨近組織出血壞死,可以推斷冷凍時(shí)靶向肺組織充血使局部區(qū)域密度升高,出現(xiàn)磨玻璃樣影,復(fù)溫后周圍組織水腫,壞死并伴出血,使局部氬氦刀治療靶向區(qū)域密度繼續(xù)升高,進(jìn)而出現(xiàn)CT 下靶向區(qū)域?qū)嵶冇啊?/p>
對(duì)肺氣腫模型行氬氦刀肺減容術(shù)后,術(shù)后3、7、14、28 天FEV0.4、FEV0.4/FVC 均增高; FRC/TLC、Re均降低; 血?dú)庵笜?biāo)如PaCO2均降低,pH 值、PaO2、SaO2均增加。術(shù)后第1 天的肺功能及血?dú)庵笜?biāo)較肺氣腫模型相比改善并不明顯( P >0.05) ,考慮氬氦刀術(shù)后胸腔內(nèi)滲出較多,局部肺水腫,肺復(fù)張受限所致。本次研究中,術(shù)后14、28 天肺功能及血?dú)夥治鲋笜?biāo)較肺氣腫模型( P <0.01) 以及術(shù)后第7 天( P <0.05) 明顯改善;然而術(shù)后14 天與28 天之間各項(xiàng)肺功能及血?dú)庵笜?biāo)并未出現(xiàn)明顯差異( P >0.05) 。由此肺功能及動(dòng)脈血?dú)庾罴迅纳茣r(shí)間為7 ~14 天。肺功能及血?dú)夥治鲈谛g(shù)后明顯改善筆者考慮有以下幾個(gè)原因:①氬氦刀冷凍消融使無(wú)功能的肺組織變性壞死,降低胸廓運(yùn)動(dòng)負(fù)荷,減少呼吸做功,恢復(fù)正常呼吸運(yùn)動(dòng)功能,使肺功能改善;②相鄰正常肺組織內(nèi)肺泡擴(kuò)張,氣體交換能力較前加強(qiáng),改善全身氧供;③無(wú)功能肺組織的移除,減少慢性炎癥及氧化應(yīng)激對(duì)肺組織的進(jìn)一步損傷,延緩了肺氣腫的發(fā)展;④對(duì)周圍組織損傷較少,明顯的減少漏氣,出血等并發(fā)癥,機(jī)體較快恢復(fù)[11]。
根據(jù)氬氦刀肺減容術(shù)后各時(shí)間段病理結(jié)果分析,術(shù)后1 天氬氦刀探針中心部位肺組織出血壞死,而探針外圍則僅僅出現(xiàn)肺組織充血;說(shuō)明氬氦刀對(duì)周圍組織損傷較小,術(shù)中及術(shù)后的輕度出血、氣胸或皮下氣腫等并發(fā)癥主要是由于探針中心止血不徹底或漏氣所致。冷凍消融術(shù)后7 天后可見(jiàn)纖維組織增生伴肉芽組織以支氣管上皮細(xì)胞的增生,處于術(shù)后恢復(fù)期;較傳統(tǒng)的LVRS 創(chuàng)傷小,術(shù)后恢復(fù)快。然而氬氦刀實(shí)驗(yàn)組治療過(guò)程中,3 例在行2 次冷融循環(huán)后少量出血,經(jīng)對(duì)癥處理后,出血停止;考慮氬氦刀治療過(guò)程中冷凍探針損傷支氣管動(dòng)脈,導(dǎo)致出血。2 例在治療過(guò)程中及其后出現(xiàn)輕度皮下氣腫,但皮下氣腫在術(shù)后恢復(fù)中均逐漸消失。氬氦刀冷凍消融過(guò)程及術(shù)后除輕度出血以及皮下氣腫外,并未出現(xiàn)血胸,持續(xù)漏氣,膿胸等其他嚴(yán)重并發(fā)癥,與LVRS 術(shù)后持續(xù)漏氣概率( 高達(dá)68%) 相比,明顯減少[3,4]。
綜上所述,氬氦刀肺減容術(shù)治療能明顯改善肺氣腫癥狀,創(chuàng)傷小,并發(fā)癥較少。但由于實(shí)驗(yàn)兔肺體積較小以及操作等各方面原因的限制,筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)兔全部進(jìn)行2 次冷融循環(huán),致使本研究不能將冷融循環(huán)次數(shù)對(duì)肺功能和血?dú)夥治龅戎笜?biāo)的影響做詳細(xì)的對(duì)比研究。盡管如此,但這并未影響氬氦刀微創(chuàng)肺減容術(shù)對(duì)肺氣腫治療的有效性及安全性。因此在進(jìn)行下一步研究時(shí)應(yīng)選取肺體積較大的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,將冷融循環(huán)次數(shù)、時(shí)間對(duì)靶向肺組織面積、并發(fā)癥以及肺功能和血?dú)夥治龅挠绊懽鲈敿?xì)的研究及分析。經(jīng)皮下對(duì)肺氣腫進(jìn)行氬氦刀冷凍消融術(shù)是新興領(lǐng)域,目前尚有許多問(wèn)題尚未解決,如對(duì)氬氦刀治療過(guò)程中出血,漏氣等并發(fā)癥的預(yù)防及治療;改變冷凍或復(fù)溫時(shí)間以及循環(huán)次數(shù)對(duì)冷凍面積大小或并發(fā)癥多少有無(wú)差別;冷凍消融位置的選擇,最佳的冷凍復(fù)溫時(shí)間以及循環(huán)次數(shù)的確定等仍需進(jìn)一步研究。
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