Taipei Medical University Institutional Repository:Item 987654321/44558

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(1)臺北醫學大學口腔醫學院牙醫系研究所碩士論文. 微創醫療電燒對組織熱損傷及組織沾黏之研究 Research of thermal injury and anti-adherence on tissue by monopolar electrosurgery in minimal invasive surgery. 指導教授：林哲堂博士歐耿良博士. 研究生：詹修菱. 中華民國一百年六月.

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(6) 致謝三年的研究生活就要到尾聲了，我非常感謝我的臨床實習指導老師林哲堂教授，以及基礎實驗指導老師歐耿良院長，大學畢業就進入研究所的我，無論在臨床實習還是基礎研究上，都懵懵懂懂，這三年來老師們不厭其煩的指導讓我成長許多，無論是課業上或者待人處事上，都讓我有更上一層樓的感覺；除了兩位共同指導老師外，其他許許多多在這一路上指導我、給我幫助、替我解惑的老師，陳玫秀老師、張維仁老師、林秀娜老師和郭尚倫老師，非常感謝每一位老師，讓我在學習的路上有榮幸獲得這麼多老師在各方面的經驗和指教。再來要感謝實驗室的朋友們，志華、千惠、芳瑜、嚕嚕米、瀚毅、小鄭、婉貞、媛庭和憲霖，以及贗復研究所的大家，聖偉學長、宜妤、怡雯和贗復大家族裡的學長姐學弟妹們，謝謝你們花這麼多時間幫助我完成我的研究與臨床上的大小事；還要感謝我的家人，爸爸、媽媽、妹妹和老公，是你們長久以來的期許和鼓勵讓我有勇氣和信心完成這項挑戰；最後謝謝每一位在這條路上曾經幫助過我的人，謝謝大家。. iv.

(7) 目錄 ______________________________________________________________ 頁數 1. 標題 .................................................................................................................. i 2. 審定書 ............................................................................................................. ii 3. 同意公開申請書. iii. 4. 論文繕印同意書. iv. 5. 保密同意書. v. 6. 致謝. vi. 7. 目錄 ............................................................................................................... vii 8. 中文摘要 ......................................................................................................... x 9. 英文摘要 ........................................................................................................ xi 第一章緒論 1.1 研究動機與重要性 ............................................................................ 1 1.2 研究目的 ............................................................................................ 2 第二章文獻探討 2.1 接觸式微創手術器械 ......................................................................... 4 2.1.1 單極電燒刀表面批覆塗層 PTFE 之處理....................................... 7 2.1.2 單極電燒刀表面批覆塗層 CrN 之處理. v. 8.

(8) 2.2 微創器械與臨床應用. 10. 2.2.1 微創器械於臨床使用上之癥結點. 10. 2.3 組織熱損傷與傷口癒合進程. 12. 第三章研究材料與方法 3.1 氮化鉻薄膜之物性分析 .................................................................. 14 3.2.1. 觀察表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與表面披覆氮化鉻薄膜. 電燒刀於成豬肝臟使用不同瓦數能量造成之熱損傷.................................... 16 3.2.2 觀察表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與表面披覆氮化鉻薄膜電燒刀於大鼠肝臟造成之短期與長期熱損傷. 19. 第四章分析與結果 ............................................................................................ 4.1 披覆氮化鉻薄膜電燒刀之物性分析 4.2. 22. 表面披覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻薄膜電燒刀之比. 較. 22 4.2.1 豬隻體內實驗數據分析. 22. 4.2.1.1 受損組織型態觀察. 22. 4.2.2 大鼠體內實驗數據分析. 23. 4.2.2.1 熱影像儀數據分析. 23. 4.2.2.2 受損組織型態觀察. 24. vi.

(9) 4.2.2.3 傷口癒合進程. 25. 4.2.2.4 細胞發炎與凋亡. 26. 第五章討論 5.1 氮化鉻薄膜物性分析. 28. 5.2 單極電燒刀之探頭表面處理對組織熱損傷之影響. 30. 第六章結論與建議. 35. 第七章參考文獻. 37. 附錄. 45. vii.

(10) 論文摘要論文名稱：微創醫療電燒對組織熱損傷及組織沾黏之研究臺北醫學大學口腔醫學院牙醫學系碩士班研究生姓名：詹修菱畢業時間：九十九學年度第二學期指導教授：林哲堂歐耿良. 博士博士. 本研究使用批覆鐵氟隆之市售電燒刀與批覆氮化鉻之單極電燒刀，觀察其對肝臟組織造成之熱損傷和組織沾黏器械程度，實驗結果發現兩組電燒刀造成之組織溫度上升以批覆鐵氟龍之市售電燒刀較高，且組間有達到統計學上之顯著差異；兩組切割之損傷組織皆於術後三天到達組織發炎和壞死之高峰，批覆氮化鉻之單極電燒刀之優異處為於使用中瓦數能量切割組織時，對組織造成之熱損傷較批覆鐵氟龍之市售電燒刀低，且傷口癒合期組織修復較快速，術後一週後組織壞死現象明顯低於批覆鐵氟龍之市售電燒刀；因此經氮化鉻表面處理之單極電燒刀可改善傳統電燒刀之缺失，適用於局部出血凝結與切割組織。關鍵詞：微創手術、單極電燒刀、組織熱損傷、氮化鉻. viii.

(11) Abstract Title of Thesis：Research of thermal injury and anti-adherence on. tissue by monopolar electrosurgery in minimal invasive surgery Author：Hsiu-Ling Jan Thesis advised by ： Che-Tong Lin, DDS, PhD Keng-Liang Ou, PhD Monopolar electrosurgical unit with commercially available Teflon-coating and Nitride chromium-coating probe surface were used in my research to evaluate the thermal injury and tissue adherence on liver tissue. My experiment result discovered that the raising tissue temperature were significantly higher in commercially available Teflon-coating monopolar electrosurgical unit than nitride chromium-coating electrosurgical unit. The tissue inflammatory response and cell necrosis process reached the highest point on three days after treatment by both group, the advantages of chromium nitride- coating monopolar electrosurgical unit were induce less thermal injury on liver tissue while cutting tissue in middle power setting and show few cell necrosis response one week after treatment which indicated a faster wound healing compared to commercially available Teflon-coating monopolar electrosurgical unit. In conclusion, monopolar electrosurgical unit coating with chromium nitride is better than the one coating with Teflon and suitable for use in small area coagulation and tissue cutting. Key words: Minimal invasive surgery, Monopolar coagulation, Tissue thermal injury, Nitride chromium. ix.

(12) 第一章緒論. 1.1 研究動機與重要性. 手術中使用電燒刀已有將近百年的歷史；早期學者發現將高頻電流穿透人體組織會影響組織溫度，產生不致疼痛和灼傷之組織變化(Arsonval,1891)，稱作組織熱效應 (Odell,1995)； 1920 年，Bovin 首次將單極電燒刀使用於病患身上，發現單極電燒刀可有效減少出血並降低組織傷害，因此學者 Nagelschmidt 將臨床上使用此電流產生熱效應之治療定義為電療(diathermy) (Aigner,1997)。電流穿入深層組織造成之組織凝結稱為電凝結(electrocoagulation) (Jaros,1948)，藉由降低電流伏特與增加安培數，使產生更熱更短暫之電流進入組織深層，將組織快速脫水之現象為乾燥(desiccation)，此電療技術被使用於切除頭頸部、皮膚的惡性腫瘤，讓電療之發展又更進一步。. 單極電燒刀作用電極探頭大小與長度(Bruners,2008)、作用時間長短、組織表面濕度、使用設備(Chinpairoj,2001)、及能量設定與電流大小(Kalkwarf,1983)等因子皆會影響電流對組織產生之熱效應，並且電療使用之高頻電流會往目標組織周邊傳遞，造成周邊組織傷害，若操作不當、選擇不適當之設備、或於不良環境下，電療有發生穿孔等重大併發症之風險。隨著近年來顯微手術與微創手術需求量之提升，帶動電療被廣泛使用，微創手術發展目標在於期望器械熱效應對目標周圍組織影響更小並且器械簡易好操作，例如抗凝血性佳之電燒刀探頭表面，不會產生過多血液凝塊沾黏造成手術時之不便、增長手術時間、與降低電刀使用壽命。再者，熱均質之電燒刀探頭表面，可有效幫助電燒刀作用目標周圍組織高溫之擴散，達到減少煙霧之產生以及減少目標周圍組織損傷並加速傷口癒合之目標。因此，增加電燒刀表面抗組織沾黏及減少熱效應影響範圍，對電燒刀之臨床使用來說，有其必要性。. 1.2 研究目的 1.

(13) 近年來微創手術已成為全球醫療之新趨勢，但是臨床上使用電燒刀時之缺點，包括人體目標組織周圍熱損傷、器材表面組織沾黏、與組織燒灼冒煙等缺點依舊未獲得改善，導致發生術後疼痛、影響患者傷口大小及組織癒合時間等問題。近年來許多學者對於各式微創手術器械之研究結果如下： Sinha 等學者(Sinha,2003)針對傳統手術刀、超音波手術刀、單極和雙極電燒刀、二氧化碳雷射於豬口腔黏膜施術之傷口癒合情況，發現超音波手術刀控制凝血和組織凝結效果最好，傳統手術刀和超音波手術刀的傷口組織上皮新生速度較快，組織癒合後的伸張拉力也較高，電燒刀則容易發生組織沾黏的問題；Sibbons 等學者（Sibbons,2006）比較電漿刀、單極電燒刀、冷觸汽化儀以及超音波刀四種器械產生之熱能對術後傷口組織癒合的影響；發現單極電燒刀使組織周遭溫度上升最遽 (>120℃)，影響組織範圍最大(如圖一)，產生較多煙霧，且於術後 14 天時傷口癒合最慢 (如圖二)；Silverman(Silveman,2007)等學者比較單級電燒刀、二氧化碳雷射、微波射頻手術和傳統手術刀做組織切片時對目標組織和周圍組織產生的焦炭深度，發現單級電燒刀對目標組織與周圍組織產生的熱傷害都較大；Sutton 等學者(Sutton,2009)比較單極電燒刀、雙極電燒刀、超音波手術刀和醫用血管縫線對目標周圍組織的熱效應，發現單極電燒刀產熱最高且對周圍組織的熱傷害最大；可知降低電燒刀對組織產生的熱傷害已及改善電燒刀探頭組織沾黏之缺點勢在必行。. 為降低電燒刀對組織產生之熱損傷，回顧過去之文獻主要提出兩個方向，第一，適當沖洗讓組織降溫：使用電燒刀時配合冷水沖洗幫助組織降溫，可以清除手術區域之血液和排除血腫(Dujovny,1995)，亦可減少電極探頭碳化組織沾黏(Donzelli,2000)；沖洗之缺點在沖洗之流量和流速不易控制(Vellimana,2009; Donzelli,2000)，能量上升時，熱能使沖洗液沸騰，反而將熱能擴散到周邊組織，增加電燒刀表面組織附著(Sakatai,1995)；第二，改變能量產生來源：根據目標組織性質、範圍等，選擇不同之輸出能量瓦數和施術時間。為減少電燒刀表面組織沾黏，Jacques 等學者(Jacques,1976)將不鏽鋼雙極電燒刀探頭塗覆重金屬以減少組織沾黏，使用於微血管手術；Ceviker 等學者(Ceviker,1998)於雙極電燒刀探頭塗覆 50um 厚度的聚四氟乙烯(Teflon)，減少組織沾黏成效亦佳；Samii 等學者(Samii,1995)於雙級電燒刀表面塗覆鎳金屬，也有好的抗組織沾黏效果，可知於電燒刀表面塗覆特殊材料能達到減少組織沾黏之效果。 2.

(14) 關於擴展電燒刀於臨床上應用範圍與增進電燒刀性質有許多研究，但是何種表面披覆材料才能達到最低之目標周圍組織熱傷害和最少組織沾黏，迄今仍未有完整的共識。影響電療效果最重要之兩項因子為輸出能量與施術時間，因此本實驗第一部分於豬之肝臟，使用氮化鉻鍍膜改質與市售鐵氟龍鍍膜之單極電燒刀做切割，觀察於不同輸出能量下，電燒刀對目標周圍組織熱傷害的廣泛性；藉此了解不同表面改質之電燒刀，對組織傷害之模式和程度，期望可以做為日後改質電燒刀表面以增進電燒刀性質的依據。. 3.

(15) 第二章文獻查證微創手術由 Wickham 於 1987 年定義為「在相同目的下，比開腔手術侵入性少的一種手術方式」；微創手術和傳統手術比較有許多優點，包括可以縮短病患痊癒時間、減少疼痛、減少疤痕組織、減少對組織的傷害等；微創手術常伴隨腹腔鏡、內視鏡和遠端操作器械之使用，並且臨床上微創手術對神經外科手術這類視野小且精密之手術影響深遠。神經外科手術約於一百年前開始使用電療器械，從早期之單極電燒刀發展到能有效縮短手術時間和出血、擁有較佳手術結果之雙極電燒刀；電療設備可以依電極探頭與組織接觸方式分為接觸與非接觸式；接觸式包括單極電燒刀、雙極電燒刀，非接觸式包括氬氣電漿凝結、雷射等。. 2.1 接觸式微創手術器械. 電療器械之高頻電流穿透組織，隨組織溫度升高，產生不同變化(Livaditis,2001)，組織溫度於 37℃升到 45℃時發生可逆變化；組織溫度從 45℃持續上升，細胞內蛋白質開始凝結，此變化稱為白色凝結(White coagulum)，是一不可逆狀態，但此時組織和細胞層級依舊完整；當組織溫度超過 60℃，細胞內水份緩緩蒸發，乾燥期(Desiccation)開始並持續到水份完全蒸發或直到溫度超過 100℃，乾燥期雖是一種組織熱破壞，但不會使組織產生長期損傷，是臨床上止血時之最佳停止點，也是凝血之治療目標；乾燥期後，組織阻抗上升，阻止電流繼續往深部組織前進，此時持續的熱能會使細胞組織轉換成氧、氮、氫等物質，這個現象在於臨床觀察到的就是結痂，稱為黑色凝結(Black coagulum) 或碳化，電療時要盡量避免這種外來物質反應發生。接觸式電療有兩項缺點，第一：無法移除組織表面之血液，止血之同時會造成血液沸騰和氣化；第二，當目標組織上有血液時，血液會凝結成血塊沾黏於作用電極探頭上，若拿起探頭時不慎拉扯血塊，會引發更嚴重之出血。Kinoshita 等學者(Kinoshita,1999)將單極電燒刀設定於 30 瓦作用 8 至 10 秒鐘用以切割豬之血管，從熱影像儀觀察到血管周圍組織溫度於 5 秒鐘內上升到達 350 ℃，組織損傷範圍直徑約 22 毫米，且受損組織表面破碎不平整；由此可知，單極電燒 4.

(16) 刀對組織產生之熱效應非常高；同一批學者(Kalkwarf,1983)又於豬之上顎黏膜使用針狀探頭之單極電燒刀切割，每三次切割後冷卻時間分為 5、8、10 和 15 秒，結果發現冷卻時間 8 秒時組織溫度之上升與 5 秒即有顯著差異，但冷卻時間超過 15 秒時與 8 秒則無顯著差異，由此得知，使用單極電燒刀作多次切割時之中途冷卻時間以 5 至 10 秒鐘最為恰當；他們(Kalkwarf,1983)接著發現於豬上顎顎側牙齦使用電燒刀切割時，目標組織旁一毫米與三毫米處之組織溫度變化平均為 4.50 ± 0.60℃，當切割速率比臨床使用上慢時，組織溫度變化平均為 8.65 ± 0.95℃，得知切割速率與組織溫度上升成反比，切割速率越慢，組織溫度上升越劇。. 牙科使用電療器械之目的主要為切割和凝血，電燒刀產生能量有兩種模式：持續和間斷，持續的能量用作切割，間斷的能量用作凝結(如圖三)（Hay,2005），牙冠增長術、牙齦軟組織修飾、牙齦切除術和排齦等牙科療程都會使用電療器械(Livaditis,2001)。影響電燒刀造成之組織熱損傷範圍最重要之因子為總輸出能量及探頭進入組織深度， Patterson 等學者(Patterson,1998)於豬肝臟使用電燒刀作切割，切割深度兩公分，施術能量持續增加直到探頭溫度超過 70℃，施術時間為 5、7.5、10、12.5、15 和 20 分鐘，發現組織損傷深度介於 2 至 3 公分，最大組織損傷直徑介於 3 至 4 公分，組織溫度約為 80 ℃，使用電燒刀作切割時是否有將組織近心端血管夾起，與組織損傷深度和組織損傷體積相關，沒有血流通過的狀況下組織損傷深度與體積皆較大； Bruners 等學者 (Bruners,2008)，於豬肝臟進行體外實驗，改變單極與雙極電刀作用探頭長度，結果發現無論單極或雙極電燒刀，作用探頭越長，造成組織壞死範圍越大；單極電燒刀造成的壞死區形狀似橢圓形，雙極電刀似圓球形(圖四)，因為雙極電燒刀對組織垂直向影響深度較深；Goldberg 等學者(Goldberg,1996)，於豬肝臟進行體內外實驗，比較不同作用探頭長度的電燒刀造成之組織損傷範圍，結果發現作用探頭溫度越高(70℃至 110℃)組織損傷範圍越大，平均組織損傷直徑於 70℃時為 0.8 ± 0.1 公分，110℃時為 1.4 ± 0.1 公分；電燒刀作用探頭長度越長，組織損傷形狀越不一致，溫度變異也越大：體內實驗差異較明顯，電燒刀作用探頭長度於 3 公分以下時，造成之組織損傷範圍一致性較高。單極電燒刀之作用電極放置於目標組織上，電流從作用電極穿透病患身體，尋著組織阻抗最小之路徑，到達驅散電極；神經、血管比脂肪、骨頭、砝瑯質、牙本質和牙骨質之傳導能力高，因此電流易尋神經、血管、肌肉前進，對重要器官（如齒槽骨、牙髓）造成傷害， 5.

(17) 限制了單極電燒刀之使用。並且，電流容易積聚於狹窄管腔（如牙髓腔）和有分枝之組織，積聚之電流無法消散，造成組織穿孔和壞死。. 單極電燒刀探頭產生之高溫傳遞至目標組織，對組織造成立即熱損傷，損傷組織於術後開始進行之組織修復模式，亦有許多文獻可考：McGahan 等學者(McGahan,1992) 於豬肝臟使用電燒刀作切割，能量設定在輸出功率百分之 35 至 40 時施術一分鐘，或是施術直到損傷大小為 2 公分見方面積，於術後立即、第一、二、及五週時犧牲動物作觀察，術後立即觀察到之組織損傷有三個分層，最中心充滿血液和纖維，四週有皺縮之肝細胞和嗜鹼性細胞質，外圍則是有局部充血現象(圖五)；術後一週觀察到外圍組織有壞死肝細胞，術後兩週損傷中心纖維增生，術後五週損傷則以纖維組織和慢性發炎細胞為主(圖六)；Chinpairoj 等學者(Chinpairoj,2001)，於大鼠舌頭進行體內實驗，比較冷觸汽化儀和單極電燒刀對目標周圍組織傷害和組織癒合之差異；單極電燒刀切割之傷口於術後第三天有廣泛性壞死，直到術後第十四天(圖七)，發炎細胞浸潤、組織水腫和肉芽組織仍未退去；冷觸汽化儀切割之傷口於術後第十四天有正常組織新生(圖八)，可知傷口癒合初期，單極電燒刀對目標周圍組織傷害較大，傷口癒合也較慢；Riegel 等學者 (Riegel,2006)，於大鼠腦部使用氬氣電漿凝結和雙極電燒刀，設定在能量 20 瓦、施術 2 秒鐘；術後第二天，氬氣電漿凝結的表層止血範圍明顯比雙極電燒刀廣(達到統計學上顯著差異)，面積約為 4 毫米平方，深度平均為 2 毫米，且氬氣電漿凝結下的傷口可以看到明顯四層分層(圖九)，雙極電刀造成之損傷面積約為 3 毫米平方，深度約為 1.5 毫米，且傷口看不見分層(圖十)；Phillips 等學者(Phillips,2009)，比較使用傳統手術刀、雙極電燒刀和超音波刀作腹腔鏡腎臟切除手術治療腎細胞癌病患；發現超音波刀在處理傷口邊緣完整性和血管外血塊比其他兩者差；人為缺損深度，超音波刀大於雙極電燒刀，最小的是傳統手術刀，血管密封度以雙極電刀最高(88%)；Kalkwarf 等學者(Kalkwarf,1983) 於人類上顎頰側牙齦使用電燒刀作切割，觀察術後立即到 504 小時之組織變化；24 小時內，傷口周圍有廣泛變性組織；第 24 到 72 小時，上皮活性增加，所有傷口表面於第 72 小時都有上皮覆蓋；第 72 到 144 小時，變性組織範圍明顯縮減，一半之傷口有血腫形成；第 144 到 396 小時，血腫消失；第 396 到 504 小時，結締組織恢復正常，變性組織消失，周圍環繖少許淋巴球；這結果顯示電燒刀之組織癒合時間和傳統手術刀相似。誠如上述，電燒刀造成之組織傷害大且沒有明顯分層現象發生，術後一週傷口充滿壞死組 6.

(18) 織與血塊，兩週後開始有明顯祖織纖維化及組織修復發生，組織癒合速度慢且與傳統手術刀無差異。. 2.1.1 單極電燒刀表面披覆塗層 PTFE(鐵氟龍)之處理. 電燒刀之使用已超過一個世紀，但電燒刀探頭易沾黏組織(Mikami,2004)與對目標組織周圍之熱傷害依舊是臨床醫師時常面臨到之問題，因此學者們仍然致力於如何精確控制出血並達到更細緻之切割。市售電燒刀之表面處理最早是不鏽鋼材質，Pereira 等學者 (Pereira,1995)從大鼠的皮下注射 0.5 毫升的不鏽鋼溶液，溶液內含有 283 毫微升的鐵、 69.3 毫微升的鉻和 57 毫微升的鎳，每三天注射一次，於第 10 和 14 天觀察大鼠肝臟重量、化學元素含量和結構與組織之變化；結果發現有注射不鏽鋼溶液之大鼠肝臟重量有顯著增加，肝臟所含之鉻成分與正常大鼠有顯著差異，且注射不鏽鋼溶液之大鼠肝細胞細胞質內出現許多空洞，推測不鏽鋼物質進入人體會造成不良影響(圖十一)。之後市售電燒刀之表面處理演進成為批覆聚四氟乙烯複合薄膜(PTFE)，首先 Ceviker 等學者 (Ceviker,1998)於雙級電燒刀表面塗佈 50 μm 聚四氟乙烯，發現電燒器械與組織之接觸面積增加，並且組織粘連和焦痂產生皆減少；Kasaj 等學者(Kasaj,2008)比較可吸收與不可吸收牙周再生膜之牙周細胞附著和增生能力，發現聚四氟乙烯組成之不可吸收牙周再生膜細胞增生能力差，且其表面同質性高，細胞不易附著；接著學者們分別將不同金屬物質加入批覆聚四氟乙烯複合薄膜上，IBE 等學者(IBE,1998)利用電沉積法將鎳批覆至聚四氟乙烯複合薄膜表面，發現此鎳-聚四氟乙烯複合薄膜之接觸角(160°)比聚四氟乙烯複合薄膜(110°)大，且當薄膜經過 300℃之熱處理後時，鎳-聚四氟乙烯複合薄膜接觸角依舊維持不變(156°)；可知此鎳-聚四氟乙烯複合薄膜有良好抗沾黏性；Zhang 等學者 (Zhang,1999)使用表面嵌合共聚法將銅及金分別批覆上聚四氟乙烯複合薄膜表面，發現金屬與薄膜發生很強之共價鍵結，如此一來金屬不易自聚四氟乙烯複合薄膜表面脫落，若發生連結失敗亦是在聚四氟乙烯複合薄膜表面內部； Zaporojtchenko 等學者 (Zaporojtchenko,2006)於聚四氟乙烯複合薄膜上批覆厚度 100 至 300 奈毫米之銀與銀金奈米複合薄膜，發現銀金鍍層具有較銀鍍層更佳之抗菌能力；Mikami 等學者(Mikami,2007) 比較金-聚四氟乙烯複合(gold-PTFE)薄膜與純鍍金表面之物化性以及凝血特性，發現金7.

(19) 聚四氟乙烯複合薄膜接觸角(142°)明顯比純鍍金表面接觸角(76°)大，金-聚四氟乙烯複合薄膜組織沾黏數量以及沾黏組織所需移除時間則較單獨塗佈金之電燒器械少；同批學者 (Mikami,2004)又比較不銹鋼、純鈦以及鍍金雙極電燒刀之物化性質，評估三種不同表面處理對於燃燒組織之凝結特性；作凝血測詴發現，鍍金材料凝血沾黏現象最少，而需要將凝血沾黏之組織移除之時間也相對較其他材料短(圖十二)；不銹鋼材料次之，純鈦材料凝血沾黏最多，所需移除時間最長；以上學者皆發現金屬-聚四氟乙烯複合薄膜表現更佳之物化性質。. 誠如上述，PTFE 表面能量低且熱穩定性佳，可以阻抗水與蛋白質的附著，不易沾黏細胞組織，而金屬-聚四氟乙烯複合薄膜具有良好之耐熱性，抗組織沾黏性佳且可快速清除沾黏組織；但相關研究顯示，聚四氟乙烯複合薄膜導電性差，其製成之單極電燒刀探頭必定包含非導電性與導電性兩個部分，並且聚四氟乙烯複合薄膜表面張力低，易自底層金屬脫落，減少電燒刀使用次數；聚四氟乙烯複合薄膜除了用於電燒器械表面，也常用於不沾鍋表面，它於高溫下(約 500℃)會產生毒性物質，這些毒性物質與水反應有降解產生氫氟酸之可能性，其含氟微粒吸入人體可能會對呼吸系統造成危害，這部分將於下一節作更詳細之說明，因此，尋找能夠達到一樣或更好效果之電燒刀表面處理材質是必要的。. 2.1.2 單極電燒刀表面披覆塗層 CrN(氮化鉻)之處理. 氮化鉻薄膜於許多鑄造成型與摩擦製程中作為保護薄膜，是硬薄膜中較簡易的系統，一般而言它有較細緻之顆粒與低能量結構，因此在製成時可以沉積較厚之厚度；這類薄膜具有良好機械性質，包括抗磨耗、低摩擦係數、高硬度、低內部壓力、抗沾黏(低表面能量)和良好化學性質如抗腐蝕與抗氧化（Conde,2006），其中硬度與鉻含量相關，耐腐蝕性質與薄膜密度相關；溫度上升時薄膜內部之鉻會游離至氮化鉻晶體表面形成非均質格狀結構之具化學惰性之氧化鉻層(Wang,2001)，此氧化層會影響薄膜抗腐蝕性與耐磨擦能力，足以提供薄膜更強抗腐蝕性（Mayrhofer,2001）與更高之微硬度(Wang,2001)，且其於高達 700℃之環境下也有極佳的抗腐蝕與抗氧化能力（Milosˇev, 1996）。氧化鉻 8.

(20) 與傳統氧化鈦薄膜都是惰性陶瓷材質（Su,1997），陶瓷薄膜能夠增加器械的使用期限，氮化鉻比氮化鈦更堅韌更厚、不脆，且具有較佳的微硬度，適合作來保護較軟之基質，例如不鏽鋼（Bienk,1995）。. 單極電燒刀之表面批覆材質必須能抵抗超過一百度之高溫，關於氧化鉻薄膜升溫處理之物性分析研究如下： Milosev 等學者(Milosev,1996)於鋼基質上利用四極管電漿噴濺法批覆氮化鉻薄膜，於掃描式電子顯微鏡下觀察到 200℃下批覆之氮化鉻薄膜是一緻密、平滑且均質表面，表面上鮮少有缺陷；將此薄膜氧化至 750℃，發現溫度高於 450℃時薄膜表面開始出現氧化層，隨著溫度上升，氧化層厚度增厚且晶格越加明顯，基質亦隨之發生氧化現象產生氧化鐵，基質氧化後於基質內部出現小缺損，此為由熱應力造成基質內部及基質與薄膜交界處連結減弱使基質內鐵離子往外氧化形成之空缺；Heau 等學者(Heau,1999) 利用磁控濺鍍沈積氮化鉻於不銹鋼基質上，從 30℃加熱至 1000℃，溫度上升引導薄膜晶體結構之形成及氧化，薄膜於 450℃後開始形成氧化鉻，與氮化鉻之種種化合物相比有較佳之抗氧化能力，但溫度超過 600℃後氧化鉻薄膜之微強度明顯下降； Chiu 等學者(Chiu,2005)，於不銹鋼基質上披覆參入氮化鉻之類鑽碳薄膜，當燒結時溫度上升至 294℃時薄膜開始氧化，隨著燒結溫度上升，薄膜結構中之 sp3 鍵結逐漸轉變為 sp2 鍵結，薄膜表面於 300℃時因內部壓力釋放，出現許多微裂隙，形成具奈米晶格之碳化物(圖十三)；Tein 等學者(Tien,2007)於矽氧樹脂基質上使用磁控濺鍍法批覆氮化鉻/氮化鋁薄膜，薄膜製備厚度分為 4 奈米與 20 奈米，作者將薄膜燒結溫度由 500℃上升至 900℃以觀察薄膜之氧化模式；溫度到達 900℃時於 4 奈米之氮化鉻/氮化鋁多層薄膜上觀察到氧化層，此薄膜比 20 奈米之氮化鉻/氮化鋁多層薄膜及氮化鉻單層薄膜有更加之抗氧化能力；此氮化鉻/氮化鋁多層薄膜之表面粗糙度亦比氮化鉻單層薄膜更加平滑(圖十四)；以上得知，氮化鉻薄膜升溫超過 450℃後表面會開始氧化，氧化層提供薄膜較佳之抗氧化能力但薄膜強度下降；將氮化鉻加入類鑽碳或氮化鋁薄膜，於物性上亦獲得改善。. 除了能抵抗高溫，氮化鉻薄膜能否比傳統批覆聚四氟乙烯薄膜提供較佳之材質表面機械性質，亦有許多文獻證明之；Su 等學者(Su,1996)，使用陽極電漿沉積法於基質上鍍氮化鉻與氮化鈦薄膜，發現薄膜表面粗糙度及微硬度會隨著薄膜厚度增加，但薄膜吸附 9.

(21) 能力與薄膜厚度成反比，微硬度則與基質硬度相關；電子顯微鏡下觀察到之氮化鈦薄膜呈現柱狀結構，氮化鉻薄膜則是較精緻之平滑表面；同樣厚度之氮化鉻薄膜比氮化鈦薄膜擁有更佳之抗磨耗能力，但最佳性質之薄膜理想厚度亦受基質材料性質影響；Kuze 等學者(Kuze,2002)於矽基質上使用陽極電漿法批覆氮化鉻薄膜，隨著沉積時間增加，氮化鉻薄膜之表面接觸角亦增加，初始五小時內接觸角驟升，第十小時後漸趨平穩，薄膜表面接觸角由起始之 46°上升到 83°；Gelfi 等學者(Gelfi,2004)，使用物理氣相沉積法將氮化鉻批覆上鋼基質，氮化鉻薄膜表面之抗壓強度極高，但於薄膜與鋼基質交接面之抗壓強度較低；於薄膜表面給與週期施力，材料裂隙皆發生於基質內部(圖十五)；誠如上述，氮化鉻薄膜具有堅硬、高微硬度、表面平滑、疏水性及高抗氧化之優點。. 2.2 微創器械與臨床應用. 當今最盛行之微創器械單極電燒刀之表面處理以批覆聚四氟乙烯複合薄膜者為最大宗；聚四氟乙烯複合薄膜具有良好之耐熱性，低表面張力不易黏附組織與低摩擦係數等優點，是改善傳統電燒器械表面的好選擇；但以上回顧之相關研究顯示，聚四氟乙烯複合薄膜導電性差，其製成之單極電燒刀探頭必須包含非導電性與導電性兩部分，且聚四氟乙烯複合薄膜表面張力低，易自底層金屬脫落，大幅降低電燒刀使用次數；聚四氟乙烯複合薄膜除了用於電燒器械表面，也常用於不沾鍋表面，大部分聚四氟乙烯複合薄膜是於 360℃之高溫下燒結製成，它可以承受 260℃的高溫兩到三年，直到其發生降解破壞（Ellis,2001）；最常被討論之缺點為它於高溫下(約 500℃)會產生毒性物質，這些毒性物質與水反應後有降解產生氫氟酸之可能性，並且其降解後釋放之含氟微粒吸入人體亦會對呼吸系統造成危害。. 2.4.1 微創器械於臨床使用上之癥結點. 10.

(22) Kinoshita 等學者 (Kinoshita,1999)於豬之胃壁上使用傳統單極電燒刀作切割，能量設定為 30 瓦時切割五秒鐘後作用探頭周圍組織溫度立即上升到超過 350℃(圖十六)；由此可知，臨床上使用傳統電燒刀時，電燒刀作用探頭與作用組織都會產生相當之熱反應與熱損傷，前面已經針對溫度對組織之熱損傷討論，下面將要針對器械於高溫下產生之熱反應作討論：Waritz (Waritz,1975)發現聚四氟乙烯於 420 到 450℃之高溫下熱解產生之毒性物質，會使曝露超過四小時之大鼠致死；聚四氟乙烯熱解後釋出之主要毒性物質是直徑小於 2μm 之微粒子，熱解後釋出之物質也包含氟化物，但作者認為氟化物的量不是造成聚四氟乙烯毒性之主要成分；聚四氟乙烯於 350 至 450℃間熱解主要產生會引起肺部組織傷害之微粒子，450 至 550℃間熱解之主要產物為四氟乙烯及六氟丙烯，溫度超過 550℃時則以氫氟酸、二氧化碳、一氧化碳和碳醯氟為主(圖十七)。. 聚四氟乙烯複合薄膜於空氣中加熱降解後釋放的主要有毒成分是碳醯氟，Arito 等學者 (Aitto,1977)將市售金屬聚四氟乙烯片切成 44 毫米厚之標本，將標本於乾燥和潮濕之氮氣和空氣中加熱至 450 到 650℃，收集燃燒得到之物質作分析，結果發現聚四氟乙烯片於乾燥和潮濕之氮氣和空氣中熱解主要產生四氟乙烯、六氟丙烯與八氟環丁烷(表一)，亦伴隨碳醯氟織釋出，碳醯氟與水反應，會釋出二氧化碳和氫氟酸，對人體產生危害；Seidel 等學者 (Seidel,1991)，於 420℃下燃燒聚四氟乙烯，其熱解後於空氣中產生之微粒子量高達每粒方公分 108 微粒子，這些微粒子釋放後具有立即吸入性毒性，隨時間拉長微粒子彼此結合後毒性就會下降，這些微粒子之表面能量很低，吸入人體後會沉積在肺臟組織，干擾肺泡內之介面活性劑，引發許多肺部疾病；並且，吸入越多微粒子，會增加人體內巨噬細胞反應，使細胞產生過氧化物與過氧化氫，導致細胞衰亡；Purser 等學者 (Purse,1992)，將聚四氟乙烯於 400 到 650℃下熱解，產生氫氟酸與碳醯氟之毒性使上呼吸道受損，並且造成肺部深層水腫；聚四氟乙烯熱解的產物，經過第二次的高溫，會釋放更高的毒性；因此，加熱聚四氟乙烯要產生劇毒性，首先加熱溫度必須高於 450℃，再者其熱解後產生的毒性物質需經過第二次的加熱，才會對大鼠有更高之致死 11.

(23) 率；Oberdorster 等學者 (Oberdorster,1995)，將聚四氟乙烯於 405、420 和 425℃下熱解，讓大鼠吸入聚四氟乙烯熱解後釋出之產物，發現聚四氟乙烯熱解產生之微粒子大小約在 26μm，濃度平均為每立方公分 106 粒子，大鼠吸入這些微粒子後 30 分鐘即會因肺部出血發炎和肺泡上皮破壞而死亡(圖十八)；聚四氟乙烯熱解亦會產生氟化物，這些氟化物內含氟量約是 10ppm，因此作者認為於本實驗中使大鼠致死之成分非氟化物；Ellis 等學者 (Ellis,2001)，將 2 克之聚四氟乙烯於空氣中加熱至 500℃，收集熱解產生之物質作成分分析；結果發現聚四氟乙烯熱解後釋出物質主要包括六氟丙烯、四氟乙烯和終產物三氟醋酸。. 誠如上述，使用批覆聚四氟乙烯複合薄膜之電燒刀時，器械升溫超過 450℃時，薄膜即會熱降解產生四氟乙烯及六氟丙烯等化合物，此類化合物遇水後可能產生具毒性之氫氟酸；又聚四氟乙烯複合薄膜熱降解後亦會釋出微粒於空氣中，大量微粒吸入肺中會引起細胞發炎反應；由以上兩種降解產物交互作用，可以了解聚四氟乙烯複合薄膜升溫超過 450℃將會對病患及醫療人員造成不良影響。. 2.3 組織熱損傷與傷口癒合進程肝臟受到急性傷害、慢性肝病與長期發炎等損傷時，大多數會產生急性發炎與組織修復反應，肝臟受損急性期時，平時存在於肝竇中靜止之肝巨噬細胞(Kupffer cell)會被激活，引發內皮下空腔之肝星狀細胞(Hepatic stellate Cell)活化，肝星狀細胞是肝臟中主要製造膠元蛋白之細胞，會對傷害產生反應，釋放發炎細胞因子，並直接和白血球交互作用，活化成為刺激增生及組織纖維化之細胞，是肝纖維化之重要因子，肝星狀細胞分泌纖維成型基質，使肝母細胞喪失微絨毛，肝竇穿孔；肝臟受損後首先會釋放急性期蛋白質，這種蛋白質主要用作維持體液平衡，急性蛋白質分為兩型，第一型受 IL-1 細胞因子調控，第二型受 IL-6 細胞因子調控，其中第一型急性蛋白質與 NFkB 活化相關。NFkB 12.

(24) 是一種與發炎有密切相關之轉譯因子，其於人體中之血管發炎反應扮演極重要之角色； NFkB 可調節發炎反應、免疫反應、傷口癒合過程與細胞功能；調控 NFkB 活性之方式包含細胞型與特殊刺激型，其可被許多發炎活化物激發，舉例來說，NFkB 可被細胞因子、反應性氧化物、細菌細胞壁產物及病毒感染激活；激活 NFkB 主要藉由典型途徑與非典型途徑達成，其中非典型途徑與適應性免疫及心血管凝血機制相關。由 IKKB 誘導之典型途徑中 NFkB 會引導 TNF 釋放，TNF 能夠激發一連串的二級細胞因子反應，促進單核白血球遷移、刺激傷口癒合、開啟血管新生和系統性發炎等，同時亦增加 p65:p50 之比值，此動作會起始發炎反應、刺激前驅發炎性細胞因子及趨化素之表現。. 許多文獻發現肝臟受損發炎與 NFkB 激活非常相關，NFkB 之活化受到酵素酶 IKK 調控；因肝臟受損而引導之 NFkB 活化，在肝實質細胞與肝非實質細胞皆可見，NFkB 所引起之訊號傳遞路徑藉由肝母細胞發炎，導致細胞外間質接續被破壞與細胞瓦解，其中庫氏細胞於肝受損時會釋放 NFkB 引導許多前驅發炎性細胞因子產生，被認為與肝臟纖維化極其相關。活化之 NFkB 亦使肝星狀細胞分化為組織纖維化之重要因子疤痕成形肝肌先維母細胞，再者，NFkB 活化可以避免肝星狀細胞凋亡發生，因此抑制 NFkB 活性有助於肝纖維化活性反轉。. 肝臟損傷之組織修復主要反應為肝纖維化，肝纖維化代表肝組織對損傷所進行之組織修復，於組織學上觀察肝纖維化，可以發現過量之細胞外間質沉積，扭曲了肝組織結構原形，肝細胞間質壞死，形成纖維疤痕；肝臟受損時，影響傷口癒合反應最重要之因子為肝星狀細胞，初期之肝纖維化是可逆現象，因此清除被激活之肝星狀細胞即可移除組織纖維化細胞；近期亦有研究發現刺激肝星狀細胞壞死能夠使肝纖維化現象反轉，其中肝星狀細胞凋亡與 Caspase3 激活相關。Caspase 3 是哺乳類動物之細胞凋亡反應中常見的被激活蛋白酶，其於細胞凋亡反應進行與凋亡細胞成型時之細胞核與其它結構型態改變皆作為必須因子，當 Caspase 3 被激活時，有時會伴隨粒線體功能缺失，釋放 cytocrome c 及其下游之 Caspase 9 等活化細胞凋亡因子，因此 Capase 3 之活化可以用來作為細胞凋亡活性之預測(Porter, 1999)。. 13.

(25) 第三章研究材料與方法. 3.1 氮化鉻薄膜之物性分析. 3.1.1 實驗基材製備. 實驗基材為 stainless steel 304 基材，因基材表面粗糙度及清潔度會影響後續批覆上之氮化鉻薄膜性質，因此需先將基材表面進行研磨拋光及清潔處理；首先，於基材表面加入研磨劑後將之研磨並拋光，接著將基材浸入溴丙烷鹼液中加熱至 80℃，以超音波清洗 20 分鐘，用純水將鹼液清洗乾淨後烘乾備用。. 3.1.2 氮化鉻薄模濺鍍(sputtering)參數. 將基材全數清洗烘乾後，依設定之濺鍍參數（基板加溫溫度：300 度西，基板偏壓： -290V，濺鍍功率：500W，氮氣分壓：5 x 10 -3mbar，濺鍍沉積時間：30 分鐘），進行氮化鉻薄膜磁控射頻反應濺鍍(Lee,2006; Barata,2001)。. 3.1.3 氮化鉻薄膜性質分析. 3.1.3.1 表面粗糙度. 表面粗糙度之表示法主要有三種：Rmax 為最大高度粗糙度，Rz 為十點平均粗糙度， Ra 為中心線平均粗糙度；本實驗量取薄膜表面之 Rmax 與 Ra 作為表面粗糙度之數據。 14.

(26) 3.1.3.2 薄膜硬度. 薄膜硬度代表薄膜對抗塑性變形之能力，可作為評估薄膜磨耗性之指標；本實驗使用之薄膜硬度量測法為「微小維克氏硬度計詴驗 (Microvickers) HV」，微小維克氏硬度詴驗利用四角錐型鑚石壓痕器於薄膜表面施加一公斤以下荷重，使薄膜表面產生壓痕，因荷重較輕所以產生之凹痕較小，故須要使用高倍率顯微鏡才可測量出壓痕，其計算硬度值之公式為：. Hmv . 2P  P sin  1000 18544 . 2 2 d 2 d. P 為施加之荷重（單位為 g），d 為壓痕對角線之平均長度（單位為 μm），Hmv 為微小維克氏硬度值。. 3.1.3.3 表面接觸角. 接觸角測詴方法依 Sessile drop method 使用 Detaphysics OCA-20 contact angle analyzer 量測，將大小適當之蒸餾水滴於帶測詴之薄膜表面上，使用 CCD 擷取影像後再使用軟體計算水滴與探頭表面所形成之接觸角，可依此接觸角大小決定探頭表面性質：包括親水或疏水性與薄膜表面游離能量(Sun,2006)。. 3.1.3.4 拉曼光譜. 以拉曼光譜分析儀(Raman Spectrometer)對氮化鉻薄膜作拉曼散射量測，使用 HeNe 20mW 雷射 632.8nm 波長，首先將氮化鉻薄膜樣本於超音波震盪中以酒精清潔十分鐘，接著置入 120℃之高溫中消毒四十分鐘，取出後於環境溫度 23℃及相對溼度 50%之環境. 15.

(27) 下將樣本放入分析儀，對樣品作拉曼位移範圍為 1000cm-1 至 1800cm-1 之量測。. 3.2 觀察表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與表面披覆氮化鉻薄膜電燒刀造成之熱損傷. 3.2.1 觀察表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與表面披覆氮化鉻薄膜電燒刀於成豬肝臟使用不同瓦數能量造成之熱損傷. 3.2.1.1 實驗步驟與方法. 3.2.1.1.1 單極電燒刀切割豬隻肝臟之實驗設計. 本動物實驗經由臺北醫學大學動物實驗管理小組審查通過淮許後進行。由國立臺灣大學動物科學技術學系(Department of Animal Science and Technology, National Taiwan University, Taiwan, R.O.C.) 購入體重約 40 到 60 公斤，12 個月大之白色蘭嶼小耳迷你豬 6 隻。飼養期間給予充足之飲水與飼料，且維持飼養環境採日光/黑暗 12 小時循環、溫控 22-24°C、溼度 40-60%，飼養實驗動物兩週(令其適應環境)後始可進行實驗。使用之器械為批覆鐵氟龍之傳統單極電燒刀(SS-T)與批覆氮化鉻之單極電燒刀(SS-D)，因豬隻為大型實驗動物且實驗要作直線切割，因此電燒刀之作用探頭選用刀狀探頭。. 6 隻迷你豬麻醉完成後，其切割實驗皆由同一位實驗人員操作以使用同一台電燒儀器，控制同一力道、電流、深度、長度(約一公分)等，依各組之電刀(電燒刀瓦數分為 20、 50、和 80 瓦三組)以一長直線方式進行肝臟切割手術。於肝臟切割手術完成後，將手術開口縫合，以碘酒進行消毒，待實驗動物恢復後活動力後，置回飼養籠。之後，再於術後三天犧牲動物。實驗共分六組，依編號分別為：20 瓦市售電燒刀 20 瓦表面披覆 16.

(28) 氮化鉻薄膜電燒刀50 瓦市售電燒刀 50 瓦表面披覆氮化鉻薄膜電燒刀 80 瓦市售電燒刀與80 瓦表面披覆氮化鉻薄膜電燒刀。. 3.2.1.1.2 單極電燒刀切割豬隻肝臟之手術流程. 迷你豬於實驗前一天晚上以持續提供飲水方式禁食。犧牲前取得迷你豬之體重後進行連續吸入 2% isoflurane 之氣體麻醉方式維持迷你豬之深層麻醉。實驗迷你豬於手術台上採仰臥方式施以手術。首先剃除實驗區域之毛髮並局部消毒後，從右側切開至肋骨處，翻開肝臟左中右葉並曝露出來。將四隻豬之肝臟分為左（編號 AB）中(編號 CD)右葉(編號 EF)三個區域，每個區域可作兩組設定，相同設定做三次切割，術後立即取下施以手術部位之肝組織，分別觀察經過不同表面處理電燒刀切割之目標組織、周圍組織傷害和組織沾黏程度；利用熱影像儀紀錄電燒刀手術中使用情形，高速攝影機記錄組織損傷情況並比較不同器械沾黏狀況；其餘兩隻豬作為實驗控制組，進行偽電手術 (只進行剖腹)，直接取下肝臟一部分當作實驗觀察中之負對照組。. 3.2.1.2 實驗分析. 3.2.1.2.1 組織切片染色觀察. 術後立即取下施術部位之組織，以 10%福馬林固定至少 48 小時後，進行脫水程序，再以石蠟包埋後進行切片(薄切成 3-5um 之切片)；分片後進行 H&E 染色及 Masson’s Trichrome 染色分析。. 3.2.1.2.1.1 病理切片與組織化學染色. 17.

(29) 將迷你豬犧牲後取下肝臟組織，將其以 10%福馬林固定至少 48 小時後，進行脫水程序，再以石蠟包埋後進行切片(薄切成 3-5um 之切片)。. 3.2.1.2.1.2 H&E 染色法. 組織切片進行脫蠟程序後，浸泡於 Hematoxylin 溶液中 30 分鐘後取出，於流動自來水下沖洗 30 分鐘；接著浸泡於 Eosin Y 溶液中 1 至 5 分鐘，取出後進行酒精以濃度梯度原理進行脫水，最後以二甲苯將切片潔淨乾燥，使用封片膠將切片封存。. 3.2.1.2.1.3 Masson’s Trichrome 三色染色法. 組織切片進行脫蠟程序後，於室溫環境下浸泡 Bouin’s 溶液中 40 分鐘，以清水以流水方式沖洗 10 分鐘，接著浸泡入 Hematoxylin 溶液 5 分鐘，取出後於流動自來水下沖洗 10 分鐘；接著用 0.75% Orange G 染色 1 分鐘，取出後用 1%醋酸浸洗 5 分鐘，再以. Masson B 染 1 分鐘後以 1%醋酸浸洗 5 分鐘。於 2.5%phosphotungstic 作用 15 分鐘後，再以 1%醋酸浸洗 5 分鐘，最後用 Anilin blue 進行染色 5 分鐘；之後再浸泡於 1% 冰醋酸定色 5 分鐘，進行酒精以梯度脫水後，用封片膠將切片封存。. 3.2.1.3 熱損傷寬度測量. 每組切片圖於 SPOT basic 軟體下測量組織損傷寬度，以電燒刀切割線為起始點，垂直切割線拉到組織損傷最外圍與正常肝組織交接處，此測得之長度即為組織熱損傷寬度，每張切片圖隨意拉取十組長度得到平均值，再將同組之所有切片之平均值作平均得到該組之平均組織損傷寬度值。. 18.

(30) 3.2.2 觀察表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與表面披覆氮化鉻薄膜電燒刀於大鼠肝臟造成之短期與長期熱損傷. 3.2.2.1 單極電燒刀切割大鼠肝臟手術流程. 將實驗 SD 大白鼠進行氣體麻醉後，將腹部及背部進行除毛病酒精消毒後，背部貼上單極電燒刀之接地電極；從腹部以中心剖開，露出肝臟，將肝臟翻開清楚看見肝臟左右葉，接著於肝臟左右葉分別使用表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與表面披覆氮化鉻薄膜單極電燒刀之針狀作用探頭施術，能量設定為 20 瓦，施術時間皆為 2 秒鐘，作用探頭直接與肝臟表面接觸，探頭不深入肝臟組織，實驗進行時同時架設熱影像儀以紀錄組織溫度變化，實驗結束後於術後第三天、第七天和第二十一天各犧牲五隻 SD 實驗大白鼠，取出實驗部位進行組織觀察分析。. 3.2.2.2 實驗分析. 3.2.2.2.1 組織溫度變化. 擷取熱影像分析儀(NEC, Japan Advanced Thermo TVS-500EX)紀錄下之施術中組織溫度變化，於每一次施術中皆選取最高溫之五點，將所有收集到之五個最高溫點溫度值作平均，以組織上升平均最高溫紀錄之。. 3.2.2.2.2 熱損傷寬度測量. 每組切片圖於 SPOT basic 軟體下測量組織損傷寬度，因組織損傷形狀皆接近圓形， 19.

(31) 故以電燒刀切割點為中心，拉到組織損傷最外圍與正常肝組織交接處，此測得之長度即為組織熱損傷半徑，每張切片圖隨意拉取十組長度得到平均值，再將同組之所有切片之平均值作平均得到該組之平均組織損傷寬度值。. 3.2.2.2.3 病理切片與組織化學染色. 將實驗 SD 大白鼠於固定之時間點：術後三天、第七天和第二十一天犧牲，立即取下大鼠肝臟，取下之肝臟後從受損範圍對半切割，將其中之一半肝臟組織以 10%福馬林固定至少 48 小時後，進行酒精脫水程序，之後以石蠟包埋並進行切片(薄切成 3-5um)，薄切之組織切片脫蠟後進行 H&E 和 Masson’s Trichrome 染色觀察與分析。. 3.2.2.2.4 西方點墨法(Western blot). 3.2.2.2.4.1 蛋白質萃取. 將從受損範圍對半切割之一半肝臟組織秤重後加入 Protein lysis buffer 中，於冰上將肝臟切碎並以超音波均質機進行組織震碎；取出均質化之肝臟組織放入離心管內進行 15 分鐘高速離心(10,000 ×g)。. 3.2.2.2.4.2 蛋白質定量. 所有步驟均需在冰上進行，取出離心過後之上清液，進行稀釋後加入 coomassie blue G-25，於可見光 595 nm 下測定其吸光值，同時以蛋白質標準品(BSA)所測得之標準曲線計算各個樣本之原始濃度。. 20.

(32) 3.2.2.2.4.3 SDS-PAGE. 以蛋白定量調整各樣本之蛋白質至濃度一致(冰上超操作)，以等量蛋白與四倍 loading buffer 以四比一之比例混合均勻後，置入 95°C 乾浴槽加熱五分鐘，使蛋白質四級結構瓦解為一級結構；樣本加熱完成後，分注於 SDS-PAGE (10 % running gel 及 3 % stacking gel)，於 50 瓦特下跑 stacking gel，再於 100 瓦特下跑 running gel；完成後將跑完之蛋白膠片取出。. 3.2.2.2.4.4 西方點墨法. 將跑完的蛋白質電泳膠片取出，利用轉漬設備及 PVDF 轉漬膜，於轉漬緩衝液中將膠內蛋白質轉漬並附著到 PVDF膜上，轉漬過程需於冷房以 100 瓦特電泳跑60分鐘。之後再以Ponceau-S Red麗春紅預染確認轉漬完全，用二次水浸泡退染後，將轉漬膜以搖晃方式於室溫下浸潤於含1% BSA的PBS-T溶液中(blocking solution) 以中止蛋白反應1 小時；接著倒掉blocking solution，以PBS-T緩衝液潤洗一至兩次後，加入欲測定之富專一性之一抗蛋白抗體，於室溫下作用一至兩小時(或4°C下反應隔夜；隔日倒掉抗體溶液)，以PBS-T緩衝液於室溫下潤洗五分鐘四次後，加入二次抗體 (peroxidase-conjugated secondary antibody)與轉漬膜上之初級抗體結合，於室溫下搖晃作用一小時。之後倒除二次抗體作用液，並以PBS-T緩衝液潤洗殘餘之二級抗體作用液。重覆潤洗動作四次後倒除。以化學冷光標定法(Luminata™ Western HRP Chemiluminescence Substrates， millipore)進行冷光標定，以冷光顯影系統拍攝取得蛋白電泳結果後進行分析。. 21.

(33) 第四章分析與研究結果. 4.1 批覆氮化鉻薄膜電燒刀之物性分析. 披覆氮化鉻薄膜於光學顯微鏡下觀之為一平滑無缺陷銀色鍍模(圖十九)，其5um範圍之中心度平均表面粗糙度(Ra)與均方根粗糙度(Rms)數值為2.77, 3.59nm (圖二十A, B)；於1um範圍之中心度平均表面粗糙度(Ra)與均方根粗糙度(Rms)數值為2.64, 3.41nm (圖二十 C, D)；氮化鉻薄膜硬度平均值為2292.83Hv；表面接觸角氮化鉻薄膜為 91.86±2.69°(圖二十一)，拉曼光譜於150, 409, 648, 805, 943, 1003, 1326cm-1處有表現高峰 (圖二十二)。. 4.2 表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻薄膜電燒刀之比較. 4.2.1 豬隻體內實驗數據分析. 4.2.1.1 受損組織型態觀察. 於豬隻體內進行之電燒刀實驗，設定之電燒刀能量分為20、50和80瓦三組，接下來將從H&E染色和Masson’s Trichrome兩種染色下觀察到各不同瓦數下之組織結構分述再加以總合。. 設定為20瓦能量操作下之表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒 22.

(34) 刀組別皆可觀察到最表層組織破裂，組織間隙有許多紅血球與白血球浸潤，Masson’s Trichrome染色下發現熱損傷區域有明顯之深染情況(圖二十三)，表示廣泛組織發生纖維化；且比較兩組組織熱損傷寬度，並未達到統計學上之顯著差異(表二a)。設定為50瓦能量操作下之表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀組別表層組織脫落更明顯；表層旁之組織有許多變形、細胞膜破裂及細胞質淡染之肝臟細胞(圖二十四)；兩組之組織熱損傷寬度達到統計學上顯著差異(表二b)，批覆氮化鉻之電燒刀造成之組織損傷寬度較表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀薄。設定為80瓦能量操作下之表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀組別皆有顯著組織纖維化發生，亦有許多細胞皺縮及變型(圖二十五)；兩組之組織熱損傷深度未達統計學上之顯著差異(表二c)，但批覆氮化鉻之電燒刀造成之組織損傷平均寬度較表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀薄。. 將批覆氮化鉻之電燒刀切割後之損傷組織由中心往四周分層(圖二十六A)，可以看到幾近環狀之四層結構；最內層(損傷最中心)是燒傷之破裂細胞和鬆散之組織橋梁(圖二十六B)，第二層有許多細胞核破碎及變型之肝細胞，且組織纖維化明顯(圖二十六C)，第三層組織較鬆散，細胞核皺縮，組織間存在許多孔洞(圖二十六D)，第四層即是正常肝組織。. 4.2.2 大鼠體內實驗數據分析. 4.2.2.1 熱影像儀數據分析. 由熱影像儀紀錄之表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀施術平均最高溫度為 156.188 ± 12.24℃(圖二十七 A)，批覆氮化鉻之電燒刀平均最高溫度為 114.188 ± 4.13℃(圖二十 23.

(35) 七 B)，於統計學上達到顯著差異(p<0.05)(表三)。. 4.2.2.2 受損組織型態觀察. 於大鼠肝臟進行體內電燒刀詴驗，分別使用表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀作切割，自大鼠肝臟手術區域組織切片作H&E和Masson’s Trichrome 染色後觀察組織受損後第三天、一週與三週之情況。. 於H&E染色下能夠清楚辨識組織之細胞型態與組成結構之變化；H&E染色下之術後第三天犧牲之大鼠肝臟組織切片中，本實驗使用之表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀之針狀探頭電燒刀造成之組織損傷皆相似，於由橫切面觀之損傷區域大多呈現一圓形範圍(圖二十八A)，熱損傷最直接且最嚴重之最內層，組織破碎、細胞型態和種類難以辨識，可以看到細胞膜破裂之肝臟細胞和許多紅血球浸潤(圖二十八 B)；由圓形熱損傷範圍中心點往外之第二層，肝臟細胞型態改變且扭曲，細胞核破碎，肝竇中存在單核球(monocyte)與紅血球(圖二十八C)；第三層細胞核皺縮，細胞水腫，組織間看似多孔洞(圖二十八D)；第四層顏色深染，纖維母細胞聚集於損傷周圍形成一明顯環狀結構(圖二十八E)而圓形熱損傷範圍之最外層第五層，即為正常肝組織。Masson’s Trichrome染色後組織內部之膠原蛋白呈現深藍色，細胞質呈紅色，可以明確辨別組織中纖維化區域；Masson’s Trichrome染色下之術後第三天犧牲之大鼠肝臟組織切片觀察到實驗中使用之針狀探頭電燒刀造成之組織損傷，橫切面觀之損傷區域呈現一圓形範圍 (圖二十九A)，熱損傷最直接且最嚴重之最內層，大部分為凝結之血塊與破裂之細胞殘餘物，纖維化並不顯著(圖二十九B)；第二層細胞深染，組織纖維化反應明顯(圖二十九 C)；由圓形熱損傷範圍中心點往外之第三層組之間孔洞多，代表此處有細胞水腫現象(圖二十九D)；第四層組織亦深染與第二層表現近似；而圓形熱損傷範圍之最外層則為正常之肝臟組織，無組織深染現象。 24.

(36) 術後第三天兩組之組織熱損傷範圍大小無顯著差異，組織橫切面上受損分層表現相似，主要分為最中心之直接熱損傷層與外圈之間接熱損傷層(圖三十)；經由西方點墨法測得兩組之NFkB與Caspase3值，皆有發現比對照組高出兩倍之細胞發炎與凋亡現象。術後一週之表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀組別切片於H&E及 Masson’s Trichrome染色下可看到組織受損範圍縮小，直接熱損傷層出現纖維母細胞、巨噬細胞與單核白血球，這些細胞四周被紅血球構成之血塊包圍(圖三十一)；間接熱損傷層組織較直接熱損傷層細胞鬆散，組織於Masson’s Trichrome染色下深染，表示有顯著之纖維化發生，並且伴隨著微血管之增生；受損組織與正常肝臟細胞交界處，被深染之纖維組織佔據，其纖維母細胞含量極高。術後三週之表面批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀組別切片於H&E及Masson’s Trichrome染色下可以看到組織受損範圍縮小(圖三十二)，此時損傷中心之血塊已大幅縮減(圖三十二A)，組織損傷範圍最外層為一完全纖維化環，此纖維化環區隔正常肝組織與正在進行修復之新生肝組織(包含微血管與肝細胞等)(圖三十三)，部分纖維化環底部與正常肝組織脫離，且批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀之纖維化環較批覆氮化鉻之電燒刀更為寬厚。. 4.2.2.3 傷口癒合進程. 比較批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀兩組組別之肝臟組織損傷範圍於術後三天之結果，兩組之損傷範圍大小未達到統計學上之顯著差異(表四A)。比較批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀兩組組別之肝臟組織損傷範圍於術後三天及術後一週之結果，兩組之損傷範圍於術後一週皆比術後三天時明顯縮小，且達到統計學上之顯著差異(表五)，其中批覆氮化鉻之電燒刀組別損傷範圍縮小比例較批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀高，但兩組差異未達到統計學上顯著差異(表四B)，組織纖維化情形以批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀較為廣泛；由此可知，術後一週之肝臟組織 25.

(37) 癒合進程，批覆氮化鉻之電燒刀與批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀之癒合速度無顯著差異。比較批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀兩組組別之肝臟組織損傷癒合範圍於術後一週及術後三週之結果，批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀之損傷範圍於術後三週皆無顯著變化，統計學上未達到顯著差異(表五)，另外批覆氮化鉻之電燒刀組別損傷範圍較批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀小，兩組差異有達到統計學上顯著差異(表四C)，組織纖維化情形以批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀較為廣泛，兩組皆可於組織癒合區外層纖維化環中央見到富含微血管與新生細胞之組織增生層；由此可知，術後三週之肝臟組織癒合進程，批覆氮化鉻之電燒刀之癒合速度較批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀快，且其產生之纖維組織較少，同時兩組於術後三週皆有明顯之新生組織出現。. 4.2.2.4 細胞發炎與凋亡. 比較批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀兩組組別之西方點墨法 NFκB數據(表六)，兩組別於術後三天NFκB數值皆到達高峰. ，批覆鐵氟龍薄膜之市售. 電燒刀於術後三天之NFκB數值較批覆氮化鉻之電燒刀組別高，術後一週時兩組NFκB數值皆較術後三天低，後至術後三週時批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀之NFκB數值持續下降，批覆氮化鉻之電燒刀則與術後一週之數值持平。比較批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀與批覆氮化鉻之電燒刀兩組組別之西方點墨法Caspase3數據(表七)，兩組別於術後三天 Caspase3數值皆到達高峰，批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀於術後三天之Caspase3數值接近批覆氮化鉻之電燒刀組別之三倍，術後一週時兩組Caspase3數值皆較術後三天低，後至術後三週時批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀之Caspase3數值緩慢下降，但仍為批覆氮化鉻之電燒刀組別之三倍高，批覆氮化鉻之電燒刀則與術後一週之數值持平，幾乎與對照組維持同一水平。. 26.

(38) 由以上觀之，批覆鐵氟龍薄膜之市售電燒刀其西方點墨法NFκB與Caspase3數據於術後三天皆到達高峰，接著持續下降至術後三週，其中NFκB數據於術後三週下降至被抑制之數值；而批覆氮化鉻之電燒刀其NFκB與Caspase3蛋白質電泳數據於術後三天到達高峰，後下降至術後一週，接著皆維持於一穩定數值到術後三週。. 27.

(39) 第五章討論 5.1 氮化鉻薄膜物性分析. 一般製成之氮化鉻薄膜表面於光學顯微鏡下皆會觀察到少許黑點表現，這些黑點部分是由於氮化鉻晶體成型時之方向與一般方向不同、生長速度不同造成或是小缺陷 (Cunha,1999)，與本實驗之氮化鉻薄膜於光學顯微鏡下亦觀察到少量黑點相符。脈衝磁控濺鍍可消除電弧問題，電弧是由於密集或局部之電漿濺鍍表面之電子集體排放產生之現象，使薄膜產生大顆粒雜質，並且可增強離子化程度促進薄膜表面性質。氮化鉻之密度、硬度、殘留應力和結晶型與製成薄膜時之基板偏壓和反應氣體流量比值相關；首先，薄膜內含之氮隨氮氣流量上升而增加，氮氣流量上升薄膜抗腐蝕性亦增加(Fu,2009)，當氮氣流量大於 10cm3min-1 時薄膜內含之氮組成達到 41.5%，此時若氮氣流量繼續上升，氮組成則會維持於此平台不會再表現更高，而一旦氮組成超過 35%，氮化鉻薄膜中就可觀察到 CrN 與 Cr2N 兩種結構，且會助長 CrN 面心晶格形成(Herr,1993)，氮化鉻有體心立方(Cr(N))、面心立方(CrN)和六角形(Cr2N)三種固體晶格，這些晶格如何組合則與反應氣體流量、薄膜沉積速率、基板偏壓和基板溫度相關，當基板溫度上升、氮氣流量增加及基板偏壓上升時，氮化鉻薄膜結構會由 Cr2N 轉變為 CrN(Sun,2006;Lee,2006)，此氮化鉻薄膜晶型會影響薄膜硬度，CrN 硬度較 Cr2N 高(Knotek,1991)，若想要製成高硬度且抗摩耗之氮化鉻薄膜，基本偏壓設定於較低之-100 至 300 及反應氣體流量比值(FN2/FAr) 為 1 至 3 最理想，另氮化鉻薄膜表面粗操度於基板偏壓為-250 和-550 福特時(He,2000) 及基板溫度較低(Lee,2006;Cunha,1999)時較粗操，若將基板溫度設定於 300℃，基板偏壓就是影響表面粗操度和結構完整性的重要關鍵；總結以上，氮化鉻薄膜之表面粗操度隨基板溫度增加而減少趨向平滑，薄膜硬度隨反應氣體中氮含量、基板溫度和基板偏壓上升增加，因此為求一個硬度較高且不易沾粘組織之表面較平滑的氮化鉻薄膜，於脈衝 28.

(40) 磁控濺鍍時就要設定較高之基板溫度(300℃)、較高之基板偏壓(-290V)和較高之反應氣體氮氣含量(5x10-3mbar)。. 拉曼光譜是一種非破壞性之化學分析法，它可以解釋分子結合、結晶相與單一結晶向性，也可評量薄膜內部應力分佈；514.5nm 氬氣雷射光下得到之氮化鉻薄膜於 150 至 300 cm-1 區間會看到鉻離子震盪產生之高峰，400 至 650cm-1 區間之高峰則是氮離子表現 (Barshilia,2006) ， HeNe 雷射光下得到之氮化鉻薄膜高峰位於 238 和 619cm-1 處 (Barshilia,2004)；拉曼光譜於空氣中加熱氮化鉻薄膜超過 650℃時，其拉曼光譜 514.5nm 氬氣雷射下可讀到氧化鉻最明顯之 350,418,554,615cm-1 處波峰(Chen,2006)，又氮化鉻之晶格主要以立方面心 (face-centered cubic) 結構為主，其於拉曼光譜中表現在 223, 330,460,660,910 1050cm-1 處，但若製成薄膜時之氮氣比例較低亦會出現六角結晶型之 Cr2N，其於拉曼光譜中表現在 215, 267, 284, 385, 490, 586, 667, 760, 943cm-1 處，氮化鉻薄膜之晶型隨氮氣含量增加由六角結晶型轉換為立方面心結構(Barata,2001)，比對本實驗之氮化鉻薄膜之拉曼光譜於 150, 409, 648, 805, 943, 1003, 1326cm-1 處有高峰，可以發現本實驗之氮化鉻薄膜晶格主要為立方面心結構，Barata 等學者比對氮化鉻製程中氮氣含量與薄膜硬度關係，發現氮氣比例越高，立方面心結構為主之薄膜硬度越強，推論是由增加氮化鉻中之氮氣比例使殘餘壓應力增加造成。. 薄膜之表面接觸角表現其親水性優劣，越疏水之薄膜表面越不易沾附組織焦痂， Chiu 等學者(Chiu,2006)使用磁控濺鍍改變氮氣流量製成 CrN 與 Cr2N 薄膜，於掃描式電子顯微鏡下觀察到 CrN 薄膜具有似花椰菜型結構且結晶最小，表面接觸角為 78°屬親水性質，Cr2N 薄膜則具有似玉米狀結構結晶較大，表面接觸角為 101°屬疏水性質，兩者之表面接觸角皆比聚四氟乙烯薄膜 114°小，不鏽鋼之表面接觸角為四者之中最低 (73°)(Fu,2009)；Sun 等學者(Sun,2006)則是改變反應氣體流量比(OEM)，紀錄氮化鉻薄膜與蒸餾水、雙碘甲烷和乙二醇之接觸角來計算表面游離能量，於薄膜表面 20℃情況下 29.

(41) Cr2N 有最小表面接觸角(60°)，最大表面接觸角(101°)是 CrN，而表面游離能量與表面接觸角反比、與表面粗糙度正比，可知 Cr2N 表面較 CrN 粗操；關於氮化鉻薄膜各晶型表現之表面接觸角大小之論述皆有，本實驗得到之氮化鉻表面接觸角為 91.86±2.69°，屬於疏水結構，與拉曼光譜結果作連結，發現本實驗製成之氮化鉻薄膜晶型以 CrN 為主，故本實驗結果與 Sun 學者之結果相符。. 誠如上述，氮化鉻表面粗操度與基板偏壓及薄膜表面游離能量相關，Lee 等學者 (Lee,2006)於 300W 基板偏壓-290V 和基板溫度 300℃環境下取得之表面粗操度 Ra 值為 4.97nm，Barshilia 等學者(Barshilia,2006)使用磁控濺鍍於基板偏壓-200V 和基板溫度 300 ℃環境下取得之表面粗操度 Rms 為 7.3nm；Broitman 等學者(Broitman,2001)使用磁控濺鍍改變反應氣體流量及設定基板溫度為 100 和 350℃，發現氮氣比例越高薄膜表面粗操度 Rms 越小，當氮氣比例趨近 100%時，薄膜表面粗操度與基板溫度無顯著相關性，且 Rms 可以達到 0.4nm；Cunha 等學者(Cunha,1999)使用磁控濺鍍於 500 瓦基板偏壓-75V 和基板溫度 300℃環境下取得之表面粗操度 Rms 值為 9.4nm，若基板偏壓下降至-25V 表面粗操度 Rms 值升為 10.4nm；Zhou 等學者(Zhou,1999)使用反應式磁控陽極濺度於 300 瓦能量下製成之氮化鉻薄膜表面粗操度 Rms 為 10.34nm，以上數據與本實驗結果對照，可以發現本實驗結果之表面粗操度表現較平滑，推測於相同濺度方法及基板溫度下，基板偏壓越高薄模之表面粗操度越低。. 5.2 單極電燒刀之探頭表面處理對組織熱損傷之影響. 本實驗設計是為了增加電燒刀於臨床使用之實用性，尤其針對探討不同探頭表面處理之電燒刀及高低能量瓦數操作下對組織熱損傷之差異為目標；又電燒刀之能量輸出適應症於臨床上極有差異，因高能量組別可能造成組織壁穿孔而影響實驗結果，肝臟組織 30.

(42) 富含血管且性質柔軟，Frizzell 等學者(Frizzel,1977)比較兔子肝臟、腎臟與睪丸對局部超音波施術之組織反應閥值，發現讓肝臟產生組織損傷之超音波器械瓦數為三者中最低，且肝臟組織之熱吸收係數最高，代表肝臟組織對熱損傷反應較敏感，雖然實驗環境、動物與組織和實際人體組織操作仍有距離，經過探頭表面改質之電燒刀若使用於肝臟上切割時，可以達到最小之組織熱損傷範圍與最低之組織沾黏效果，當運用至口腔黏膜、胃腸壁及食道壁等區域時必能達到更佳之實用性。. 隨著組織溫度上升產生之組織變化已被廣泛地證明(Livaditis,2001; Manner, 2008)；影響電燒刀探頭產溫對組織變化之程度高低最重要之因素為施術時間與輸出能量瓦數 (Hay, 2005)，Lin 等學者(Lin,2003)將狗的肝臟置於 50、60、70℃水浴中，水浴時間從 5、 10、15、20、30、45，至 60 分鐘，結果發現溫度越高肝臟組織熱損傷越嚴重，當溫度超過 60℃時五分鐘內組織就會泛白變性，可知溫度對肝臟組織之影響甚大；因此本實驗首先改變單極電燒刀輸出能量，由低而高分別為 20 瓦、50 瓦和 80 瓦，觀察臨床上最常使用之輸出能量對組織熱損傷之影響；於不同能量瓦數設定之單極電燒刀切割豬隻肝臟實驗中，輸出能量越低，組織熱損傷範圍越小，而輸出能量越低，組織溫度上升越緩，這與許多過往文獻結果相符(Goldberg,1996; Patterson,1998)。. 本實驗中使用 20 瓦與 80 瓦能量操作之市售電燒刀與披覆氮化鉻薄膜電燒刀組別造成之損傷寬度並未達到統計學上之顯著差異，因此我們推測於低能量或過高能量下兩組造成之組織熱損傷無異；又 Kinoshita 等學者 (Kinoshita,1999)於豬胃壁上使用傳統單極電燒刀作切割，將能量設定為 30 瓦時切割不到兩秒鐘鐘後作用探頭周圍組織溫度立即上升到超過 100℃，當組織溫度超過 100℃時組織蒸發碳化(Livaditis,2001)，此種組織快速破壞不適合用來分析電燒刀探頭造成組織熱損傷之組織觀察；為了將兩組別基本熱損傷控制至相近，並且能清楚辨識組織傷害模式，因此本實驗將單極電燒刀輸出能量設定為 20 瓦，與組織接觸 2 秒鐘，方便作組織切片染色觀察；並且此單極電燒刀輸出能量 31.

(43) 20 瓦，對應至臨床上於胃腸壁及口腔黏膜等組織厚度較薄、易有組織穿孔危險之區域作凝血與切割治療時之能量瓦數相當(Sharma,2006)，如此一來能夠恰當地與臨床使用作連結；臨床上使用單極電燒刀時，會依據組織類型、組織厚薄、與治療目的等因素調整輸出能量高低。. 由熱影像記錄觀察，市售電燒刀切割大鼠肝臟時，組織表面溫度最高區域到達 200 ℃，而披覆氮化鉻薄膜電燒刀造成之溫度上升為 190℃，其引起之組織溫度上升較低，兩組之高溫皆比過去文獻中使用 30 瓦產生之溫度 350℃更低(Kinoshita,1998)；根據文獻報導市售鐵氟龍之熱傳導係數為 0.26 W×m-1×K-1，氮化鉻薄膜之熱傳導係數為 0.32 W×m-1×K-1，兩者相比氮化鉻薄膜之熱傳導係數較高，電燒刀探頭之溫度傳遞較快，高溫會快速往四周消散，因此對組織造成之熱損傷亦較少；但這也表示批覆氮化鉻薄膜之電燒刀表面溫度傳導差，相同能量瓦數作用下，市售電燒刀之作用探頭溫度較高。. 相同地，使用兩組電燒刀切割豬隻肝臟之實驗結果，發現於相同能量瓦數下，市售電燒刀切割豬隻肝臟造成之組織破壞範圍大於披覆氮化鉻薄膜電燒刀，且兩組達到統計學上顯著差異(p<0.01)，與熱影像實驗觀察結果比較，推測此結果是由於相同能量瓦數時，市售電燒刀作用探頭造成組織升溫較披覆氮化鉻薄膜電燒刀更劇烈，組織溫度上升越高，熱損傷範圍必然越廣；因此於臨床使用時，若針對相同治療組織，可調低批覆氮化鉻薄膜之電燒刀之輸出能量，即能對組織產生與市售電燒刀相同之效果。. 市售電燒刀與批覆氮化鉻薄膜電燒刀切割之大鼠肝臟組織於 H&E 及 Masson’s Trichrome 染色下皆觀察到組織分層現象，熱損傷中心為直接損傷區，內部細胞破碎變形，組織間充滿紅血球；緊接著直接損傷區之外圍為間接損傷區，此區組織鬆散，細胞核增大，細胞質淡染；此層外圍即是正常之肝組織。回顧 McGahan 於 1992 年 (McGahan,1992)發表之文獻中指出，術後立即於顯微鏡下觀察以 H&E 染色之單極電燒 32.

(44) 刀切割之豬肝，可以看到熱損傷區域最中心為電燒刀作用探頭直接接觸之區域呈一空洞，探頭表面散發之能量使組織瞬間溫度驟升，高溫區組織蒸發碳化，因此出現中心之空洞；空洞旁可看到第二層熱損傷組織廣泛壞死，外圍第三層組織充血並逐漸轉換為正常肝組織，與本實驗結果發現同樣之組織分層現象；而 Riegel 等學者(Riegel,2006)於 2006 年發表之文獻中指出，於大鼠腦部使用雙極電燒刀切割，能量 20 瓦、施術 2 秒鐘，兩天後觀察損傷組織發現最表層之燒傷組織已完全脫落，剩下一楔型變性組織，損傷組織並無明顯分層現象；推測是由於單極與雙極電燒刀電流迴路設計差異造成，雙極電燒刀作用探頭產生之電流只侷限於兩極探頭間，距離通常不會超過五毫米，因此電流產生之熱能不會傳遞到遠處，熱能全部聚集於作用探頭周圍，造成局部組織嚴重損傷，組織損傷分層情況便較難觀察。. 術後三週兩組組織皆有修復現象發生，熱損傷區域外圍包覆一纖維組織環，將中央之壞死細胞與血塊和正常肝組織分隔，肝組織內有少許慢性發炎細胞，此現象與 McGahan 等學者 1992 年(McGahan,1992, Kalkwarf,1983)觀察豬肝五週組織修復情形相符；由本實驗此階段之結果與過去文獻結果可推測，單極電燒刀對組織熱損傷產生之組織變化層級與傷口癒合模式具有可重複性，因此適用於預測臨床使用單極電燒刀時組織損傷範圍和傷口癒合耗時，降低重大併發症之風險；但對於單極電燒刀輸出能量對應組織損傷範圍之切確關聯性還需要更進一步之探討。. NFkB 是肝組織發炎時會被激活而大量釋放之細胞因子，當 NFkB 快速增加時代表組織發炎正持續進行，當 NFkB 被抑制時則促進細胞凋亡發生，因此 NFkB 可作為肝組織發炎之訊號，亦為肝臟受損時保護肝組織及促進肝組織再生之重要因子(Ahmed, 2007)；比較市售電燒刀與批覆氮化鉻薄膜電燒刀切割組織產生之 NFkB 蛋白質電泳數值，可以發現兩組皆在術後三天到達最高峰，此為組織發炎高峰期之表現，對應組織染色切片結果，術後三天之組織破壞與發炎細胞比術後一週更明顯，因此兩者互相呼應得知電燒刀 33.