淺析超聲治療技術的應用與進展

鄒建中

(重慶醫科大學生物醫學工程學院 400016)

超聲治療學是集聲學、醫學、電子工程技術為一體的一門新興學科，具有醫學與工程結合，基礎與臨床結合，產、學、研、用結合的特點，是超聲醫學的重要組成部分，在疾病的治療中發揮著越來越重要的作用。超聲波治療屬于物理治療技術之一。超聲治療學可分為理療和治療兩大類。根據超聲波治療儀器或設備的性能和臨床應用的目的不同，按照超聲波焦域(焦點)聲強的高低可分為：高強度聚焦超聲(high intensity focused ultrasound，HIFU)和低強度聚焦超聲，至于聲強高于或低于多少作為分類的閾值及是否存在中強度聚焦超聲的概念，學界尚未達成共識。按照臨床應用目的可分為：HIFU熱消融治療技術、HIFU熱療技術、低強度聚焦超聲治療技術。

哈佛大學醫學院教授、著名醫學家JOLESZ預言：在21世紀，無創治療腫瘤將取得重大的進步，其中HIFU是治療腫瘤的最佳體外無創性技術之一。

1 超聲治療的發展史

1928年MULWERT用超聲波治療慢性耳聾。1933年POHLMAN用超聲波治療神經痛。1942年LYNN采用高強度超聲損傷動物腦組織。1952年LAVINE報道超聲能量聚焦于晶狀體可引起白內障，隨后的學者利用超聲波的損傷作用治療其他眼部疾病。1954年，Fry提出了將體外發射的高強度超聲波聚焦于體內病灶實施非侵入性(無創)手術的概念。國內于1953年首次發表用國外的超聲理療機治療疾病的文獻。在1978年的全國理療學術會議上，超聲治療方面的論文占了很大比例。超聲理療雖然有一定的效果，但只能作為一種輔助性治療手段，存在諸多問題。

20世紀40年代，美國學者提出了HIFU治療的概念。1986年HYNYNEN等學者研制成功Sonotherapy 1000型超聲波熱療設備，但能量匯聚及監控等問題沒解決，只能成為腫瘤治療的輔助設備。1999年，世界首臺HIFU消融腫瘤的治療設備誕生于中國重慶，由王智彪及同事們研發生產的JC型聚焦超聲腫瘤治療系統獲得中國國家食品藥品監督管理局(SFDA)批準用于臨床，真正做到了HIFU體外非侵入性消融體內良、惡性實體腫瘤，療效肯定，明顯提高了晚期惡性腫瘤患者的生存質量和生存期，使HIFU治療技術成為臨床治療腫瘤的主要物理治療手段之一，使我國醫學界在該領域具有足夠的國際話語權。至HIFU消融腫瘤技術用于臨床以來，超聲治療學才逐漸形成一門新的學科。

2 超聲治療技術的特點

2.1 HIFU HIFU在體外大面積發射低能量超聲波，通過聚焦形成高聲強焦點，作用于靶組織，通過焦點區強超聲產生高溫等效應，使靶組織溫度在0.5～1.0 s內驟升至60～100 ℃，不可逆性消融靶區內的腫瘤細胞。焦點聲強越高，靶組織升溫越快，消融效果也最好。當超聲波作用于組織時，產生一系列生物學效應(如高溫效應、機械效應、聲化學效應、空化效應)起治療作用，但目前階段，HIFU治療腫瘤主要依賴于高溫效應。HIFU只有焦點足夠小，能量匯聚才高。焦點很小，但腫瘤確很大，最大者直徑可達幾十厘米，怎樣才能實現小焦點覆蓋性消融一個大腫瘤呢？這需要引入三維適形掃描的概念才能完成。三維適形掃描包括幾個方面。(1)點、線、面、體的概念：首先，對腫瘤進行預掃描，將腫瘤分為若干層面，兩層面之間間隔一定距離，間隔距離的大小視治療方案而定；治療時，選取預掃描的任意層面，采取一個層面一個層面的治療，待每個層面都完成治療時，即達到了全覆蓋消融整個腫瘤的目的；對每一層面進行治療時，采取由深到淺的原則，即將焦點先置于病灶的深面開始治療，逐漸移行至病灶淺面，也可稱為深入淺出原則；焦點移行或運動方式有幾種，根據治療方案選擇，如治療子宮肌瘤、乳腺纖維瘤或小腫瘤多采用點治療或點線結合的方式，其他腫瘤或大腫瘤多采用線治療或線、點結合的方式，點或線治療消融區域疊加或融合起來，即達到了該層面完全消融的目的。也就是說，小焦點治療大腫瘤是通過點、線、面、體組合方式實現的。(2)不規則形腫瘤，由于是通過每一層面的點、線組合實現治療的，所以任何不規則形腫瘤，將其分為若干層面后，針對每一層面局部的點或線治療而言，它都是規則或相對規則的，腫瘤邊緣都能被全覆蓋消融，不會發生殘留。(3)絕大多數物理治療腫瘤的技術都受到大腫瘤的限制，而HIFU技術卻是例外，因為HIFU的治療頭是在體外，且行程范圍大，可一次性治療直徑達幾十厘米的大腫瘤[1-2]。

HIFU治療腫瘤具有非侵入性或無創、無電離輻射、不損傷靶區外組織、實時療效評價、實時劑量反饋、一次性消融整個腫瘤、劑量均勻分布、不受腫瘤大小限制、實時監控、能激活宿主抗腫瘤免疫力、止痛及不良反應的發生率很低等特點。

2.2 低強度聚焦超聲 低強度聚焦超聲治療頭體積小，聲強低，聲波分聚焦和非聚焦兩種。超聲波作用于靶組織后，主要是通過非熱效應，如空化效應、聲化學效應等起治療作用[1-2]。

3 超聲治療的適應證與禁忌證

3.1 HIFU消融腫瘤 HIFU消融適于治療實體組織、實體器官或實體結構的實質性病變，禁用于空腔器官、含氣器官的疾病。

3.2 低強度聚焦超聲 低強度聚焦超聲主要用于非腫瘤性疾病的治療，如過敏性鼻炎、慢性宮頸炎、外陰白色病變、尖銳濕疣、關節炎、慢性軟組織損傷、超聲針灸等。

3.3 HIFU HIFU主要用于良、惡性實體腫瘤的治療，如乳腺癌、乳腺纖維瘤、肝癌、肝血管瘤、胰腺癌、腎癌、軟組織惡性腫瘤、四肢惡性骨腫瘤、子宮肌瘤等。HIFU治療腫瘤又有熱消融與熱療之分，前者能一次性消融整個腫瘤，達到類似于手術切除的效果，是臨床治療腫瘤的主要手段之一；后者能量或溫度較低，往往需要多次，甚至數十次治療，達不到消融腫瘤的目的，僅對放療和化療起到增敏的作用，是一種輔助治療手段。

4 HIFU消融腫瘤的基本原則

(1)必須是臨床已確診的病例。(2)嚴格掌握好適應證和禁忌證。(3)應有較好的超聲波入射通道，通過入射通道至少應能顯示或暴露腫瘤的全部或大部分，如顯示的腫瘤體積不足2/3，很難獲得滿意療效。(4)治療中，必須通過影像學圖像清楚地判斷和識別出腫瘤及其周圍比鄰組織結構的邊界。(5)是否采取超范圍消融，視治療方案而定。

5 超聲治療的效果

5.1 腫瘤 如果按照HIFU熱消融治療方案進行規范的治療，乳腺癌5年無瘤生存率可達95%，條件較好者可行保乳治療。晚期肝癌(腫瘤平均直徑10.5 cm )6個月和12個月生存率分別為85.4%和42.9%； HIFU治療小肝癌(腫瘤最大直徑小于5.0 cm)的10年生存率可達65%。子宮肌瘤治療后3個月體積縮小45%左右，6個月縮小可達65%；癥狀緩解率超過90%；在600例病例隨訪中，超過50例患者治療后有懷孕史。惡性骨腫瘤5年生存率可達50%以上；如果是早期惡性骨腫瘤，治療后5年生存率可達90%以上，但是，如果不按治療方案進行規范的治療，5年生存率僅為30%左右[3]。

5.2 非腫瘤性疾病 95%的慢性宮頸炎患者治療后效果明顯，復發率不到5%。外陰上皮內非瘤樣病變(外陰白色病變，外陰白斑)患者，治療后癥狀和體征明顯緩解者在90%以上。變應性鼻炎平均癥狀緩解率在90%以上[2-3]。

6 超聲治療的不良反應

超聲治療為非侵入性或無創治療技術，對環境要求不高，無電離輻射，只要按規范操作，通常不會發生嚴重的并發癥或不良反應。3%～5%的患者HIFU治療后發生輕度皮膚損傷。超聲波的焦點距神經較近時，可能會影響神經。如果治療前未充分作腸道準備，可能導致腸道損傷。到目前為止，尚未發生HIFU治療后腫瘤破裂或出血的情況[2-3]。

7 未來發展趨勢

超聲治療技術與臨床應用仍然需要不斷地拓展與完善。(1)儀器設備方面：治療腫瘤的設備現在以熱效應為主，輸出功率大，致使儀器體積龐大；聚焦方式傳統而單一，未來治療頭可能會朝著變焦、變頻的多功能化發展。(2)基礎醫學研究方面：需要對超聲波治療的作用機制展開深入研究，如聲空化效應及聲化學效應等，如取得突破，對縮小治療設備的體積、改變治療理念及臨床應用都將獲益匪淺。(3)在臨床應用方面：臨床適應證的拓展、臨床治療方案及治療劑量學的規范和完善等都需要深入研究。

總之，超聲治療技術，尤其是治療腫瘤的技術，為臨床提供了一種新的治療技術或手段，與其他治療方法協同和聯合應用，方可收到事半功倍的效果。