浅析超声治疗技术的应用与进展

邹建中

(重庆医科大学生物医学工程学院 400016)

超声治疗学是集声学、医学、电子工程技术为一体的一门新兴学科，具有医学与工程结合，基础与临床结合，产、学、研、用结合的特点，是超声医学的重要组成部分，在疾病的治疗中发挥着越来越重要的作用。超声波治疗属于物理治疗技术之一。超声治疗学可分为理疗和治疗两大类。根据超声波治疗仪器或设备的性能和临床应用的目的不同，按照超声波焦域(焦点)声强的高低可分为：高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound，HIFU)和低强度聚焦超声，至于声强高于或低于多少作为分类的阈值及是否存在中强度聚焦超声的概念，学界尚未达成共识。按照临床应用目的可分为：HIFU热消融治疗技术、HIFU热疗技术、低强度聚焦超声治疗技术。

哈佛大学医学院教授、著名医学家JOLESZ预言：在21世纪，无创治疗肿瘤将取得重大的进步，其中HIFU是治疗肿瘤的最佳体外无创性技术之一。

1 超声治疗的发展史

1928年MULWERT用超声波治疗慢性耳聋。1933年POHLMAN用超声波治疗神经痛。1942年LYNN采用高强度超声损伤动物脑组织。1952年LAVINE报道超声能量聚焦于晶状体可引起白内障，随后的学者利用超声波的损伤作用治疗其他眼部疾病。1954年，Fry提出了将体外发射的高强度超声波聚焦于体内病灶实施非侵入性(无创)手术的概念。国内于1953年首次发表用国外的超声理疗机治疗疾病的文献。在1978年的全国理疗学术会议上，超声治疗方面的论文占了很大比例。超声理疗虽然有一定的效果，但只能作为一种辅助性治疗手段，存在诸多问题。

20世纪40年代，美国学者提出了HIFU治疗的概念。1986年HYNYNEN等学者研制成功Sonotherapy 1000型超声波热疗设备，但能量汇聚及监控等问题没解决，只能成为肿瘤治疗的辅助设备。1999年，世界首台HIFU消融肿瘤的治疗设备诞生于中国重庆，由王智彪及同事们研发生产的JC型聚焦超声肿瘤治疗系统获得中国国家食品药品监督管理局(SFDA)批准用于临床，真正做到了HIFU体外非侵入性消融体内良、恶性实体肿瘤，疗效肯定，明显提高了晚期恶性肿瘤患者的生存质量和生存期，使HIFU治疗技术成为临床治疗肿瘤的主要物理治疗手段之一，使我国医学界在该领域具有足够的国际话语权。至HIFU消融肿瘤技术用于临床以来，超声治疗学才逐渐形成一门新的学科。

2 超声治疗技术的特点

2.1 HIFU HIFU在体外大面积发射低能量超声波，通过聚焦形成高声强焦点，作用于靶组织，通过焦点区强超声产生高温等效应，使靶组织温度在0.5～1.0 s内骤升至60～100 ℃，不可逆性消融靶区内的肿瘤细胞。焦点声强越高，靶组织升温越快，消融效果也最好。当超声波作用于组织时，产生一系列生物学效应(如高温效应、机械效应、声化学效应、空化效应)起治疗作用，但目前阶段，HIFU治疗肿瘤主要依赖于高温效应。HIFU只有焦点足够小，能量汇聚才高。焦点很小，但肿瘤确很大，最大者直径可达几十厘米，怎样才能实现小焦点覆盖性消融一个大肿瘤呢？这需要引入三维适形扫描的概念才能完成。三维适形扫描包括几个方面。(1)点、线、面、体的概念：首先，对肿瘤进行预扫描，将肿瘤分为若干层面，两层面之间间隔一定距离，间隔距离的大小视治疗方案而定；治疗时，选取预扫描的任意层面，采取一个层面一个层面的治疗，待每个层面都完成治疗时，即达到了全覆盖消融整个肿瘤的目的；对每一层面进行治疗时，采取由深到浅的原则，即将焦点先置于病灶的深面开始治疗，逐渐移行至病灶浅面，也可称为深入浅出原则；焦点移行或运动方式有几种，根据治疗方案选择，如治疗子宫肌瘤、乳腺纤维瘤或小肿瘤多采用点治疗或点线结合的方式，其他肿瘤或大肿瘤多采用线治疗或线、点结合的方式，点或线治疗消融区域叠加或融合起来，即达到了该层面完全消融的目的。也就是说，小焦点治疗大肿瘤是通过点、线、面、体组合方式实现的。(2)不规则形肿瘤，由于是通过每一层面的点、线组合实现治疗的，所以任何不规则形肿瘤，将其分为若干层面后，针对每一层面局部的点或线治疗而言，它都是规则或相对规则的，肿瘤边缘都能被全覆盖消融，不会发生残留。(3)绝大多数物理治疗肿瘤的技术都受到大肿瘤的限制，而HIFU技术却是例外，因为HIFU的治疗头是在体外，且行程范围大，可一次性治疗直径达几十厘米的大肿瘤[1-2]。

HIFU治疗肿瘤具有非侵入性或无创、无电离辐射、不损伤靶区外组织、实时疗效评价、实时剂量反馈、一次性消融整个肿瘤、剂量均匀分布、不受肿瘤大小限制、实时监控、能激活宿主抗肿瘤免疫力、止痛及不良反应的发生率很低等特点。

2.2 低强度聚焦超声 低强度聚焦超声治疗头体积小，声强低，声波分聚焦和非聚焦两种。超声波作用于靶组织后，主要是通过非热效应，如空化效应、声化学效应等起治疗作用[1-2]。

3 超声治疗的适应证与禁忌证

3.1 HIFU消融肿瘤 HIFU消融适于治疗实体组织、实体器官或实体结构的实质性病变，禁用于空腔器官、含气器官的疾病。

3.2 低强度聚焦超声 低强度聚焦超声主要用于非肿瘤性疾病的治疗，如过敏性鼻炎、慢性宫颈炎、外阴白色病变、尖锐湿疣、关节炎、慢性软组织损伤、超声针灸等。

3.3 HIFU HIFU主要用于良、恶性实体肿瘤的治疗，如乳腺癌、乳腺纤维瘤、肝癌、肝血管瘤、胰腺癌、肾癌、软组织恶性肿瘤、四肢恶性骨肿瘤、子宫肌瘤等。HIFU治疗肿瘤又有热消融与热疗之分，前者能一次性消融整个肿瘤，达到类似于手术切除的效果，是临床治疗肿瘤的主要手段之一；后者能量或温度较低，往往需要多次，甚至数十次治疗，达不到消融肿瘤的目的，仅对放疗和化疗起到增敏的作用，是一种辅助治疗手段。

4 HIFU消融肿瘤的基本原则

(1)必须是临床已确诊的病例。(2)严格掌握好适应证和禁忌证。(3)应有较好的超声波入射通道，通过入射通道至少应能显示或暴露肿瘤的全部或大部分，如显示的肿瘤体积不足2/3，很难获得满意疗效。(4)治疗中，必须通过影像学图像清楚地判断和识别出肿瘤及其周围比邻组织结构的边界。(5)是否采取超范围消融，视治疗方案而定。

5 超声治疗的效果

5.1 肿瘤 如果按照HIFU热消融治疗方案进行规范的治疗，乳腺癌5年无瘤生存率可达95%，条件较好者可行保乳治疗。晚期肝癌(肿瘤平均直径10.5 cm )6个月和12个月生存率分别为85.4%和42.9%； HIFU治疗小肝癌(肿瘤最大直径小于5.0 cm)的10年生存率可达65%。子宫肌瘤治疗后3个月体积缩小45%左右，6个月缩小可达65%；症状缓解率超过90%；在600例病例随访中，超过50例患者治疗后有怀孕史。恶性骨肿瘤5年生存率可达50%以上；如果是早期恶性骨肿瘤，治疗后5年生存率可达90%以上，但是，如果不按治疗方案进行规范的治疗，5年生存率仅为30%左右[3]。

5.2 非肿瘤性疾病 95%的慢性宫颈炎患者治疗后效果明显，复发率不到5%。外阴上皮内非瘤样病变(外阴白色病变，外阴白斑)患者，治疗后症状和体征明显缓解者在90%以上。变应性鼻炎平均症状缓解率在90%以上[2-3]。

6 超声治疗的不良反应

超声治疗为非侵入性或无创治疗技术，对环境要求不高，无电离辐射，只要按规范操作，通常不会发生严重的并发症或不良反应。3%～5%的患者HIFU治疗后发生轻度皮肤损伤。超声波的焦点距神经较近时，可能会影响神经。如果治疗前未充分作肠道准备，可能导致肠道损伤。到目前为止，尚未发生HIFU治疗后肿瘤破裂或出血的情况[2-3]。

7 未来发展趋势

超声治疗技术与临床应用仍然需要不断地拓展与完善。(1)仪器设备方面：治疗肿瘤的设备现在以热效应为主，输出功率大，致使仪器体积庞大；聚焦方式传统而单一，未来治疗头可能会朝着变焦、变频的多功能化发展。(2)基础医学研究方面：需要对超声波治疗的作用机制展开深入研究，如声空化效应及声化学效应等，如取得突破，对缩小治疗设备的体积、改变治疗理念及临床应用都将获益匪浅。(3)在临床应用方面：临床适应证的拓展、临床治疗方案及治疗剂量学的规范和完善等都需要深入研究。

总之，超声治疗技术，尤其是治疗肿瘤的技术，为临床提供了一种新的治疗技术或手段，与其他治疗方法协同和联合应用，方可收到事半功倍的效果。