第二节
超声消融

相比其他治疗技术，超声消融是所有超声治疗技术中发展最为成熟、应用最为广泛的。其临床治疗范围涵盖了人体各个系统的疾病，不仅可用于良恶性实体肿瘤的治疗，也在诸如炎症、神经调控、各类妇科疾病等领域具有重要应用。

（一）超声消融的原理

聚焦超声（focused ultrasound，FU）消融的原理如图3-2所示。超声换能器以一定的聚焦方式将体外低能量的超声聚焦到体内形成一个高能量的靶点，通过超声生物学效应使组织温度迅速上升超过56℃，致使蛋白质变性，从而使靶区组织发生不可逆的凝固性坏死，但却不会损伤焦域外的正常组织。

（二）超声消融治疗设备与技术

林恩等在20世纪40年代提出了HIFU的概念。20世纪50年代，弗莱等通过动物实验证实HIFU技术可实现无创治疗疾病的设想。但是，由于当时监控影像技术落后，也缺乏超声生物学效应的深入研究，这项技术在相当长的一段时间里停滞不前，直到20世纪80年代，随着上述问题逐步解决，HIFU技术再次引起了全世界的关注。1988年，中国学者开始进行HIFU理论和技术的研究，完成了监控超声探头与治疗超声探头一体化技术发明（CN92108250.9），并率先提出了“生物学焦域”的概念，开展了治疗剂量学的系统研究，以实验研究方法，获得理论和技术的系列突破性研究成果。1997年，中国研制出了全世界第一台超声引导的聚焦超声肿瘤治疗设备，并于1999年通过了国家食品药品监督管理局认证（图3-3）。从此，超声引导的高强度聚焦超声（ultrasound guided high intensity focused ultrasound,USgHIFU）消融手术开始用于妇科子宫良性疾病的治疗及外科良恶性实体肿瘤的治疗。2004年，由以色列Insightec公司和美国GE公司联合研发的磁共振监控聚焦超声手术（magnetic resonance imaging guided focused ultrasound surgery，MRgFUS）设备通过美国FDA认证，可用于妇科子宫良性疾病的治疗。

（三）临床治疗

经过近30年的临床研究和临床实践，HIFU在治疗良恶性肿瘤等方面日趋成熟。近年来，科学家对MRgFUS技术在转移性骨肿瘤及颅内神经系统疾病的治疗方面进行了非常有益的探索，取得了令人满意的效果。与MRgFUS比较，USgHIFU的适应证更广，治疗时间更短，消融效率更高。USgFUS不仅被广泛用于治疗子宫肌瘤、子宫腺肌病、良性前列腺增生，还用于治疗肝癌、胰腺癌、骨肿瘤、软组织肿瘤、前列腺癌、乳腺癌及肾癌等恶性肿瘤。

1．子宫肌瘤

子宫肌瘤是育龄期女性最常见的生殖系统良性肿瘤。治疗子宫肌瘤最主要的方式是手术，包括肌瘤剔除和子宫切除。临床研究及临床实践已证实，HIFU能安全有效地用于子宫肌瘤的治疗。与手术及子宫动脉栓塞治疗比较，HIFU治疗子宫肌瘤对患者的创伤更小，不良反应发生率更低。在临床实践过程中做好适应证优化，HIFU能完整消融肌瘤，达到与肌瘤剔除术相当的效果。血供不丰富的子宫肌瘤，HIFU能完整消融病灶，且对病灶周围结构及肌瘤间的正常组织无损伤，具有独特优势。

2．子宫腺肌病

子宫腺肌病的治疗一直是妇科医师面临的巨大挑战。子宫切除是目前唯一能根治子宫腺肌病的治疗方式，但是切除子宫不适合有生育要求及不愿意切除子宫的患者。HIFU为这些患者提供了一项新的选择。研究显示，无论是局限型还是弥漫型子宫腺肌病，HIFU治疗后患者的症状均能有效缓解。采用慢病管理的方式，结合药物和放置曼月乐环综合治疗，能取得更满意的远期疗效。

3．肝癌

肝癌是HIFU用于临床治疗的早期适应证之一。肝癌的治疗手段包括手术、射频消融、微波、介入栓塞、HIFU、放疗等。在众多治疗方法中，HIFU在治疗靠近肝脏大血管肿瘤及困难位置的肿瘤时优于其他技术，它既能完整消融病灶，又能避免周围结构损伤，对早期小肝癌，可以达到根治效果。对于中晚期肝癌，在介入栓塞治疗后，结合HIFU治疗可以显著延长患者的生存时间。

4．胰腺癌

胰腺癌预后极差。当诊断明确时，80%以上的胰腺癌患者已无手术机会。即使是有手术机会的早期胰腺癌患者，在接受根治手术后，其平均生存时间也仅19个月。对于没有手术机会的胰腺癌患者，放疗和化疗的效果有限，且不良反应大。研究结果显示，没有手术机会的中晚期胰腺癌患者，在HIFU治疗后，其腹部疼痛及腰背部疼痛缓解率达80%～100%，中位生存时间达12个月以上。因此，HIFU是值得推荐的治疗胰腺癌的方法。

5．骨肿瘤

传统观念认为超声波不能穿透骨组织，因此不可能在骨组织内沉积足够消融肿瘤的超声能量。然而，在肿瘤导致骨皮质部分破坏或完全破坏的情况下，治疗超声可以穿透骨皮质并聚焦于骨髓腔，使病灶产生凝固性坏死，实现肿瘤完全消融。临床研究显示，HIFU治疗恶性原发性骨肿瘤的远期疗效与保肢手术的效果一致。对于转移性骨肿瘤，HIFU疗效肯定，特别是对于放化疗不敏感的转移性骨肿瘤，HIFU能有效缓解症状，改善患者生存质量。

6．乳腺纤维腺瘤及乳腺癌

乳腺纤维腺瘤和乳腺癌的首选治疗方式是手术。目前HIFU仅用于不适合手术或不愿意接受手术的患者。由于乳腺纤维腺瘤及乳腺癌病灶位置表浅，超声波在穿透组织时能量衰减少，病灶消融不困难。前期的研究结果也表明，HIFU治疗乳腺纤维腺瘤和乳腺癌均可取得满意效果。HIFU用于治疗乳腺纤维腺瘤和乳腺癌的患者管理流程与手术一致。

7．肾癌

研究结果显示，对于不愿意或不适合手术的肾癌患者，HIFU是可供选择的另一种治疗途径。由于肾周脂肪及出现在声通道中的肋骨导致超声波衰减，影响聚焦效能，加之肾癌病灶血供丰富，HIFU治疗肾脏肿瘤有一定的难度。但对于移植肾新发肿瘤，由于没有肋骨及肾周脂肪的影响，HIFU治疗容易获得满意效果。

8．良性前列腺增生及前列腺癌

大量研究显示，HIFU能有效治疗良性前列腺增生，对低等及中等风险的前列腺癌，HIFU治疗也展示了非常满意的效果。目前，HIFU治疗良性前列腺增生及前列腺癌的途径主要是经直肠，通过研发新设备，改变治疗途径将有助于提高治疗效率，提升患者治疗时的舒适度。

随着FUAS应用在临床的普及，临床医师拓展了一系列新的适应证，将这项技术用于剖宫产瘢痕妊娠、胎盘植入、腹壁切口子宫内膜异位、恶性肿瘤的淋巴结转移等，解决了许多临床问题。

（四）HIFU消融治疗的剂量学

HIFU技术能把低强度的超声波聚焦起来，焦点处声强高达几千甚至上万瓦每平方厘米。通常把声压在空间6dB衰减的区域定义为声焦域。AFR越小，聚焦效果越好。要评价一个已设计好的聚焦超声换能器的聚焦效果，则要研究其聚焦声场的形态。AFR可通过理论模拟计算或用声学检测的方法来测量和可视。而HIFU一旦进入生物组织，由于能量沉积和受生物组织结构、功能的影响，HIFU的生物学效应与HIFU在脱气水中所表现出来的声学特性相比，发生了较大转变。

首先，受生物组织结构、功能的影响，HIFU在传播路径上，会产生反射、折射、散射、衍射，干扰HIFU在组织内聚焦。再加之生物组织具有多样性，对于同一组织、不同的传播路径，HIFU的聚焦声场也不一样。

第二，HIFU在损伤组织过程中，组织一旦形成凝固性坏死，由于凝固性坏死组织的衰减系数和声速比周围正常组织大，而且当温度高于50℃时，衰减系数和吸收系数会增加，这使得HIFU在继续辐照过程中，靶区组织结构随凝固性坏死区不断扩大和组织温升不断增高而实时发生动态变化。

第三，HIFU在损伤组织过程中，由于空化和气化（组织和细胞内液体沸腾）都会导致微小气泡形成。这使得HIFU在继续辐照过程中，靶区组织结构随微小气泡的形成，也实时发生着动态改变。

最后，HIFU损伤组织的机制除热效应外，还有非热效应，如空化效应、声流、剪切力等。

上述原因使得聚焦超声在组织中的传播变得极为复杂，HIFU损伤形成组织的凝固性坏死的形态是多样的，它可以是定点辐照形成的单个“点状”凝固性坏死，可以是通过单个“点”状凝固性坏死组合形成的“束”状，也可以是“片”状，还可以是致整个肿瘤块完全凝固性坏死的“块”状。要使整个肿瘤块完全凝固性坏死，先是单个“点”状凝固性坏死，再是“束”状凝固性坏死，再是“片”状凝固性坏死，最后是“块”状凝固性坏死。可见，如果不深刻掌握HIFU定点辐照组织形成的单个“点”状凝固性坏死的内在规律，就不可能进一步形成“块”状凝固性坏死，这必将成为阻碍应用HIFU技术完整切除肿瘤的瓶颈。为此，王智彪教授及其团队（1997）在进行了大量的研究工作后，提出了HIFU“生物学焦域”的概念，即把HIFU定点辐照由于能量沉积和受生物组织结构、功能的影响而形成的单个“点”状凝固性坏死叫做HIFU的生物学焦域（BFR）。BFR以声焦域为基础，是声强、辐照时间、辐照深度、组织结构及功能状态的函数，即

BFR=f（AFR，I，t，D，Ts，Tf）　　　　　　（3-1）

其中，BFR为生物学焦域，AFR为声焦域，I为辐照声强，t为辐照时间，D为辐照组织深度，Ts为组织结构，Tf为组织功能状态。AFR与BFR在定义、媒介、检测方式等方面的异同如表3-1所示。

通过对BFR和EEF的研究，明确了应用HIFU技术切除肿瘤的整体研究思路。其中，I是脱气水中焦点声强，t是辐照时间。

HIFU能在深部组织内产生精确的组织损伤，但这并不意味着运用HIFU就能完整“切除”体内深部肿瘤，而成功应用HIFU技术治疗肿瘤的关键，在于移动生物学焦域彻底切除肿瘤块。Chen等（1992）采用使“lesion”相互融合成阵列以达到切除肿瘤块的目的，但其关键是要选择一个合适的损伤间隔，包括时间、空间间隔，使其达到可以完全覆盖所要治疗的区域，以避免“lesion”之间残留正常组织。但均未能得到一个完整切除肿瘤的方案。结果发现，当企图连续切除一块组织时，损伤所含有的空化效应会出现重叠现象，导致损伤消失和损伤向组织表面迁移，从而使靶组织不能被彻底破坏，也就是一个已存在的“lesion”似乎影响着下一个“lesion”的形成。Ter Haar等（1993）把这种现象称为“损伤-损伤干涉效应”。与“lesion”阵列损伤组织块相比，根据应用HIFU技术切除肿瘤的整体研究思想，以AFR为基础，运用HIFU生物学焦域基本单元采用有限点叠加或无限点叠加（直线扫描）的扫描方式，成功地避免了“损伤-损伤干涉效应”，形成了束损伤；束与束的叠加形成片损伤，片与片的叠加可以实现完整“切除”肿瘤块。这种让小的生物学焦域移动增加热切除的体积替代小点热扩散增大破坏体积的方法，是HIFU技术与微波、射频、高频电流、氩氦刀方法的不同点，也是HIFU技术能做到无创性热切除肿瘤的原因所在。HIFU生物学焦域“切除”肿瘤的原理直观展示如图3-4、图3-5。

（李发琪、李成海） TWncOGbyAJTZM9MIvyyESUUDeHKo8zldaYaXOXzuHibyTJp7y1imYEXGd6cqoG/P