什么是高强度聚焦超声
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发布时间：2024-09-08 21:00
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高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound，简称HIFU，聚焦超声刀 )由Lynn于上世纪40年代提出，并在实验中用于破坏动物神经系统的靶区组织，具有快速直观且周围组织损伤小的特点。但由于当时工程技术的局限，这项技术未能继续发展。上世纪最后10年，随着计算机技术和高清晰度影像技术的高速发展，再次掀起了HIFU研究的热潮，并率先在我国完成了设备的产业化，目前我国在HIFU的临床应用方面居世界前列。
超声波波长短，易于聚焦，又具穿透性，因而将超声波聚焦后可在焦点处得到较高的能量密度，使焦点处组织迅速升温，类似于太阳光经凸透镜聚焦后可在焦点处产生高温。HIFU系统集成像、定位、控制和聚焦于一体，在治疗时首先通过B超探头定位肿瘤组织，并勾勒出其轮廓――在计算机中重建肿瘤的三维形态，然后在计算机的自动控制下超声换能器能将超声波的能量精准地聚焦于深部肿瘤组织（3000W/cm2,相当于诊断用超声的3-5万倍），产生瞬间高温（≥65℃），从而使肿瘤组织立即凝固性坏死，而靶区周围的正常组织由于不在焦点上，又有正常的散热功能而无损。HIFU系统能完全依照肿瘤组织的实际轮廓，采取点点叠加成线，线线排列成平面，平面叠加成立体形的“蚕食方式”，并在实时监控下逐点烧灼肿瘤。实验证明: 在65℃～70℃时只需0.25秒就足以杀灭任何肿瘤细胞，故HIFU软化了热疗对治疗区域温度的要求，并真正做到了高温、高效和无创。
一、机制
1、热效应：热效应是HIFU治疗肿瘤的主要效应。超声波是一种穿透力很强的机械波，其进入体内后由于组织内摩擦、粘滞损耗、热传导损耗以及分子驰豫过程，不断地将一部分有序的超声波震动能量转化为无序的分子热运动能量，能在焦点处产生瞬间高温,使组织灭活；
2、空化效应：HIFU发射每秒振动几百万次的超声波，其作用于生物组织可使组织内产生大量微气泡，这些微气泡随着超声波周期而急速剧烈膨胀和压缩，直至爆烈崩溃，产生高温高压，并发出强大的冲击波，此即空化效应。由于空化效应引起的组织损伤是无法预测和控制的，故在HIFU治疗时须准确把握热效应损伤，尽量避免空化效应。大量实验研究和临床实践表明，HIFU治疗时只要使靶区组织温度超过致死温度即可，无地提高其绝对温度不但不必要，反而有害；
3、免疫效应：HIFU在灭活肿瘤细胞的同时，能促进一些肿瘤抗原的释放，从而促进了宿主的特异性和非特异性抗肿瘤免疫。
二、设备
目前的HIFU设备分为经直肠型和体外型
1、经直肠型：用于前列腺疾病（前列腺癌、BPH）的治疗。超声换能器安装于手柄上，插入直肠后定位于前方的前列腺，发射聚焦超声波，逐点扫描靶区。Focus Sugery公司的 Sonablate 500以及 Edap公司的 Ablatherm Integrated Imaging均属此类。该类设备价格昂贵，治疗病种单一，多应用于欧美发达国家，对前列腺癌的疗效较明确。
2、体外型：完全在体外将超声波聚焦于体内肿瘤,按监控引导方式分为超声引导型和磁共核引导型。
（1)超声引导型：商品机均由我国生产，治疗探头的B超探头如同步的准星，负责肿瘤定位。①重庆海扶公司的JC系列产品采用弧面自聚焦合并凹透镜聚焦方式，声功率大，局部效应明显，治疗一次完成，治疗时实时监控，但治疗时产生强烈疼痛，需全麻；②北京源德公司的FEP-BY系列产品采用数百个平面小换能器按弧面排列，脉冲发射，治疗时病人无明显疼痛，不需麻醉，安全性好，较大的肿瘤可分次治疗，但在治疗时无法实时监控；③上海爱申公司的HIFUNIT9000系列采用多元弧面双聚焦，治疗探头可自由组合，聚焦效率高，且在世界上首次采用上置干式治疗探头，治疗时病人取舒适的平卧位，治疗中可实时监控，病人无明显疼痛，较大肿瘤也可分次治疗，该设备兼顾了安全性、有效性和可监控性。
超声引导型聚焦超声结构简便，能发挥超声动态观测的优势，但其最大的局限是不能无损、准确地测量靶区的即时温度,因而无法量化靶区组织的损伤程度。
（2)磁共振引导型（MRI-HIFU）：
以色列 Insightec公司的ExAblate2000，将1.5T的MRI和相控阵超声换能器整合于一体，治疗时可通过MRI的温度图反映靶区温度[3]，如已达治疗温度即移至下一焦点，如温度偏低则继续加温。ExAblate2000结构复杂，治疗时间偏长，价格昂贵，目前我国尚未引进。ExAblate2000治疗子宫肌瘤已通过美国认证。
三、临床应用
1、适应证：目前体外型HIFU已广泛应用于腹、盆腔实体肿瘤的治疗，如胰腺癌、肝癌、肾癌、后腹膜肿瘤、子宫肌瘤、卵巢癌、前列腺癌、腹、盆腔内转移性肿瘤，乳腺癌及骨肉瘤，其中较广泛地应用于胰腺癌、后腹膜肿瘤和子宫肌瘤；
2、HIFU的临床应用目前限于下列情况：（1）无法手术切除的晚期肿瘤；（2）因病人高龄、体弱或合并症多而无法耐受手术的肿瘤；（3)术后复发、转移，不宜再次手术的肿瘤；（4）病人坚决拒绝手术。
3、禁忌证：由于超声波的物理特性和聚焦原理，以下器官或部位的肿瘤不宜用HIFU治疗：含气空腔脏器肿瘤，如肺癌、肠癌；中枢神经系统肿瘤；距表皮小于1cm或已浸润表皮的肿瘤，另外如机载B超无法清晰显示肿瘤，或在超声束入射通道中有骨或含气组织，也不适合HIFU治疗。
肝癌：肝脏的大部分于肋骨的遮挡下，仅部分左叶肝脏不受阻挡。由于超声波难以穿过骨组织，如以HIFU治疗右叶肝癌，少许通过肋间隙的超声波不足以产生聚焦升温效应,同时肋骨会因高能超声波入射而剧烈疼痛。有医师采取切除部分肋骨以增加声窗的办法，虽然手术本身创伤并不大，但病人仍难接受。有学者报道肝癌TACE后再行HIFU治疗，由于先封闭了肿瘤血管，降低了其散热功能，比单纯TACE获得更高的生存期。一般认为，针对肝癌有许多其它的微创消融方法，均有明确疗效，而HIFU与其相比，并不能发挥其自身优势。
胰腺癌：胰腺癌手术切除率低，常规治疗疗效极差是不争的事实。HIFU治疗胰腺肿瘤时，不但肿瘤影像能很清晰地显示，肿瘤周围的重要血管因有血流的散热功能而免受损伤，大多数胰腺癌乏血供，因此有利于热累积，在治疗胰腺肿瘤的同时，超声束能热封闭其后方的腹腔神经丛，有明显的止痛作用。复旦大学附属华东医院聚焦超声刀中心在2005-2007的2年内用HIFU治疗了1300多例次的胰腺癌，均属无法手术的晚期肿瘤或术后原位复发病例，疼痛缓解率75％，平均生存率6.6月，其中未接受手术者疗效明显优于经手术者，无一例严重并发症（如胰腺炎、胰漏、黄疸加重）发生。HIFU在治疗后腹膜的肿瘤时，充分发挥了超声波穿透力强、聚焦准确等优势，真正体现了高效、安全，并可重复进行。
四、疗效评介：
HIFU治疗的机理是功能性灭活肿瘤细胞，由于高温封闭了肿瘤周边的营养血管，肿瘤凝固坏死后的吸收是一个较长的过程，因而，常规的以肿瘤体积消长来评判疗效的方法不适合于HIFU治疗。
1、影像学评价：一般认为HIFU的局部疗效判断应以影像学评价为主，主要是判断治疗靶区组织内有无凝固性坏死产生以及坏死的范围。超声、彩色多普劫、超声造影、CT、MRI乃至PET-CT检查可反映靶区的血供情况，以此推断肿瘤是否被灭活；
2、临床综合评价包括临床症状、体征、实验室检查、肿瘤标记物、病理组织学以及生存质量（QOL）等综合评价；
3、临床随访：治疗局部的转归、有无远处转移，患者的生存期。
在大量的HIFU治疗实践中发现，许多晚期肿瘤经HIFU治疗后局部无明显的影像学变化，但的确获得了很好的临床疗效，肿瘤在相当长的时期内停止生长，或生长十分缓慢；相反许多有显著的影像学改变的病例在HIFU治疗后发生了其它部位的转移。鉴于现今认为肿瘤尤其是晚期肿瘤不是一种局部疾病，也不是静态疾病，用现有的治疗手段无法达到根治目的。因此控制疾病发展、减少因治疗引起的创伤和并发症和提高肿瘤病人的生存质量是更切实可行的治癌策略。在中晚期肿瘤的HIFU治疗中，以靶区的影像学改变作为评判HIFU局部疗效的唯一标准，并不惜以增加治疗的风险为代价的做法值得反思。
五、展望
作为21世纪的肿瘤绿色治疗手段，HIFU已引起全世界范围内的高度关注，其基础研究和临床应用也取得了令人振奋的突破。目前超声引导的HIFU不能实时测温的缺陷将由新一代的MRI引导的可测温的HIFU所弥补，而一些适用于特定器官的小型治疗探头(如治疗甲状腺、腋窝淋巴结、腔内治疗妇科疾病以及手术中应用的特制换能器)的研发将大幅拓宽HIFU治疗的适应证。HIFU技术的完善最终会给肿瘤局部治疗领域带来一场真正的技术。
