f 醫(yī)學(xué)超聲原理-第十五講 HIFU的臨床應(yīng)用

第十五講高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)的臨床應(yīng)用與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問題的能力。為配合雙語教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。ContentsHIFU的生物效應(yīng)1HIFU的醫(yī)學(xué)應(yīng)用2HIFU用于腫瘤治療3HIFU治療的局限性4展望5與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問題的能力。為配合雙語教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。一、HIFU的生物效應(yīng)HIFU技術(shù)的生物效應(yīng)主要包括:

熱效應(yīng)空化效應(yīng)機(jī)械效應(yīng)對化療的增強(qiáng)作用誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡提高機(jī)體免疫機(jī)能1.熱效應(yīng)HIFU主要利用超聲波的可聚焦性及其在人體組織內(nèi)傳播時(shí)，組織的內(nèi)摩擦粘滯消耗、熱傳導(dǎo)損耗及一些分子馳豫過程等，不斷地把一部分有序的聲波震動能量轉(zhuǎn)化為無序的分子熱運(yùn)動，產(chǎn)生熱能的原理發(fā)揮治療作用。將此能量在體內(nèi)超聲聚焦點(diǎn)處形成焦點(diǎn)處的高強(qiáng)度超聲能量(幾千、甚至上萬W/cm2)區(qū)，使該區(qū)短時(shí)間內(nèi)(0.5秒~5秒)即可使靶組織升溫達(dá)65到100℃，即瞬態(tài)高溫效應(yīng)。將焦點(diǎn)定位到體內(nèi)靶組織上，如腫瘤等，使組織蛋白熱固化，從而使靶組織(腫瘤細(xì)胞)壞死?；静粨p傷周圍的正常組織，而且治療區(qū)邊界清晰，達(dá)到微創(chuàng)性地“切除”

腫瘤的目的。一般認(rèn)為熱效應(yīng)機(jī)制在超聲腫瘤治療特別是HIFU治療中起主要作用。雖然組織內(nèi)溫度上升受多種因素影響，但卻與組織吸收能量成正比，當(dāng)組織溫度升至50~60℃時(shí)，由于蛋白質(zhì)變性可致生物組織明顯變化，主要表現(xiàn)為凝固性壞死。在HIFU治療時(shí)，焦域內(nèi)溫度幾秒內(nèi)可達(dá)65℃，而43℃以上足可致腫瘤細(xì)胞不可逆損傷。2.空化效應(yīng)研究表明:當(dāng)超聲輻照強(qiáng)度超過一定值時(shí),焦斑中通常含有小“孔”或“內(nèi)爆”,這些“孔”可能是由組織間液體(主要是水)的“暴沸”所引起,這種效應(yīng)被稱為空化效應(yīng)。空化效應(yīng)可使生物組織產(chǎn)生自由基而損壞生物組織。組織中的空化效應(yīng)應(yīng)盡量避免,因?yàn)樗赡苁菇拱邤U(kuò)散且擴(kuò)散點(diǎn)位置難以預(yù)測,因此在強(qiáng)度選擇和加熱時(shí)間之間需平衡考慮,加熱時(shí)間短,則焦斑體積小,可以減少血流影響,但是要求聲強(qiáng)度高,有可能超過空化效應(yīng)的閾值,引起空化效應(yīng)。3.機(jī)械效應(yīng)超聲波是物質(zhì)機(jī)械振動狀態(tài)(或能量)的傳播形式，其頻率為

。高強(qiáng)度聚焦超聲可使受到超聲作用的組織細(xì)胞高速來回振動，強(qiáng)烈變化的力學(xué)作用可以破壞靶區(qū)的細(xì)胞及其支持結(jié)構(gòu)，改變細(xì)胞的功能，使DNA大分子降解及酶變性等。4.對化療的增強(qiáng)作用化療仍是目前惡性腫瘤治療的重要手段，提高化療效果和降低其副反應(yīng)是許多研究試圖解決的問題。Yang的負(fù)C1300神經(jīng)母細(xì)胞瘤小鼠實(shí)驗(yàn)證實(shí):HIFU治療腫瘤與藥物具有協(xié)同作用。Yang采用HIFU頻率為4MHz、聲強(qiáng)為550W/cm2的超聲對小鼠進(jìn)行輻照、對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:僅接受阿霉素治療者在35天內(nèi)全部死亡,接受HIFU治療或HIFU治療與阿霉素聯(lián)合治療者200天無瘤率分別達(dá)到53%和80%。這種增強(qiáng)作用的機(jī)制可能與高能沖擊波的增強(qiáng)機(jī)制相類似,既能使腫瘤組織局部藥物濃度增加,又影響腫瘤組織血流而導(dǎo)致清除率降低。5.誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡

Ashush等研究認(rèn)為，治療性超聲波不依賴P53介導(dǎo)，通過對細(xì)胞膜和DNA的損傷作用而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，但Huber等用免疫組化染色研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)高強(qiáng)度聚焦超聲治療后的乳腺癌組織P53表達(dá)上調(diào)。王修杰等研究發(fā)現(xiàn)HIFU處理可引起乳腺癌細(xì)胞凋亡，但與凋亡調(diào)控相關(guān)基因P53、BCL-2、FAS的表達(dá)卻無明顯改變，結(jié)果表明HIFU所致癌細(xì)胞凋亡可能不受P53、BCL-2、FAS的介導(dǎo)和調(diào)控。6.超聲對免疫機(jī)制的增強(qiáng)作用Burov

曾報(bào)道用HIFU治療兔體表Brown-Pierce瘤,隨原發(fā)灶愈合轉(zhuǎn)移灶也自行消退,提示超聲治癌中可能有抗瘤免疫參與作用。超聲與抗瘤免疫的關(guān)系也正是超聲治療學(xué)中亟待闡明的影響。Rosberger

報(bào)道采用超聲高熱療法治療脈絡(luò)膜黑色素瘤后CD3、CD4/CD8的變化。5例治療前T細(xì)胞總數(shù)均正常,2例CD4/CD8在治療前小于1,治療后轉(zhuǎn)化為正常(大于1),另一例雖未見此值逆轉(zhuǎn),但CD4細(xì)胞相比于CD8細(xì)胞明顯增多,原來CD4/CD8值正常者未見明顯變化,此結(jié)果提示超聲治療可以誘發(fā)宿主細(xì)胞免疫功能加強(qiáng)。小鼠的腫瘤激惹實(shí)驗(yàn)表明超聲治療可起主動免疫作用。Yang的“免疫-切除-激惹”

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采用頻率為4MHz、聲強(qiáng)為550W/cm2的超聲治療荷神經(jīng)母細(xì)胞瘤C1300小鼠,治愈者再次接種同種腫瘤,腫瘤增殖顯著低于雖接受HIFU治療卻未治愈者,這說明超聲與機(jī)體免疫關(guān)系的同時(shí),也說明用HIFU治療腫瘤初次治療徹底的重要性。與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問題的能力。為配合雙語教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。超聲治療對宿主抗瘤免疫的確切影響和機(jī)制尚不明確。有學(xué)者認(rèn)為,由于HIFU治療時(shí)焦域內(nèi)高溫造成組織凝固性壞死,起了高溫固化留置瘤苗的作用:一方面,超聲破壞癌腫,使瘤/宿主優(yōu)勢得以改善;另一方面,高溫使瘤組織變性,腫瘤組織抗原性改變,更易于剌激機(jī)體免疫。局部熱療與免疫關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn),高熱可促進(jìn)腫瘤組織合成熱休克蛋白(HSP)。HSP可剌激機(jī)體免疫系統(tǒng),提高機(jī)體免疫功能。同時(shí),超聲輻照可使細(xì)胞間粘附能力降低、使細(xì)胞更易脫落,這種作用在低頻超聲中更加明顯。二、HIFU的醫(yī)學(xué)應(yīng)用高強(qiáng)度聚焦超聲技術(shù)已應(yīng)用到許多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域:神經(jīng)外科---帕金森病眼科---青光眼泌尿科---前列腺增生腫瘤學(xué)等。1.神經(jīng)外科Lynn等研究通過頭蓋骨在貓腦中形成焦斑,結(jié)果發(fā)現(xiàn)下列現(xiàn)象:腦溢血、一個(gè)含有非細(xì)胞狀的錐形壞死區(qū)、液泡和神經(jīng)結(jié)構(gòu)的分割破壞。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn);在腦細(xì)胞中,神經(jīng)細(xì)胞是最容易受超聲破壞的,而神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和血管是最不易被破壞的。Wall等用聚焦超聲照射鼠脊髓和貓腦,得到不連續(xù)的焦斑,大的神經(jīng)元被破壞,而小的神經(jīng)元、軸突、神經(jīng)細(xì)胞和血管沒有受損傷。其它報(bào)道顯示:只有當(dāng)焦斑中所有的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞都遭到殺傷后,血管才有可能遭到破壞。但是Bakey

等研究認(rèn)為:盡管超聲照射后腦組織中的血管表面看來未受損傷,但實(shí)際上它們的正常功能已經(jīng)受損。Fry等認(rèn)為貓腦中的白質(zhì)比灰質(zhì)更易受到超聲輻射的殺傷,后來的報(bào)道也肯定了該結(jié)論:產(chǎn)生同樣的焦斑損傷,灰質(zhì)(聲吸收系數(shù)較低)所需聲強(qiáng)比白質(zhì)要高出30%。Warwick

和

Pond利用顱骨切開術(shù),在鼠腦中重復(fù)產(chǎn)生焦斑(頻率為3MHz,照射時(shí)間為0.4s,強(qiáng)度為1500W/cm2)。Fry等用HIFU技術(shù)治療50名帕金森綜合癥,利用顱骨切開術(shù)和局部麻醉,使聚焦超聲穿過暴露的腦膜輻射到豆?fàn)詈笋?整個(gè)過程約14h,跟蹤結(jié)果顯示:大部分癥狀得到基本消除。盡管這些結(jié)果令人鼓舞,可能由于設(shè)備的復(fù)雜性和顱骨切開術(shù)要求過高,該治療手段似乎沒有再進(jìn)一步發(fā)展,也可能由于60年代左旋多巴藥物療法對帕金森綜合癥療效的有效發(fā)展抑制了該技術(shù)的發(fā)展。2.眼科Lavine

等用HIFU照射眼晶狀體,結(jié)果觀察到眼發(fā)生白內(nèi)障,他建議采用HIFU技術(shù)有選擇地殺死眼睛內(nèi)某些特殊組織。Purnell

等用HIFU照射兔子的脈絡(luò)視網(wǎng)膜病區(qū),觀察到脈絡(luò)膜滅活、脈絡(luò)視網(wǎng)膜粘連、睫狀體局部壞死等現(xiàn)象。Rosenberg和Purnell

發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度聚焦超聲適量照射可以降低眼壓。Coleman等報(bào)導(dǎo)了聚焦超聲在玻璃體、晶狀體、視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜上產(chǎn)生焦斑的情況。高強(qiáng)度聚焦超聲在眼科應(yīng)用較為成功的例子是用來治療青光眼。兔子實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)聲強(qiáng)度超過2000W/cm2(416MHz)時(shí),眼壓可以降低86%,組織解剖發(fā)現(xiàn):鞏膜中心變細(xì),結(jié)膜不受影響,睫狀體中心分裂等。1982年,HIFU技術(shù)第一次對人眼進(jìn)行治療,取得了令人鼓舞的結(jié)果,在880個(gè)實(shí)驗(yàn)病人(治療1117次)中,79.3%的病人一年后眼壓明顯降低,沒有并發(fā)癥狀出現(xiàn)。HIFU技術(shù)在其它方面的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)研究包括:淚腺缺損縫合、眼內(nèi)腫瘤治療、視網(wǎng)膜分離、玻璃體充血實(shí)驗(yàn)等。然而,盡管HIFU技術(shù)在眼科上的應(yīng)用進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)研究,且取得了一些令人鼓舞的結(jié)果,但是HIFU技術(shù)在眼科上的應(yīng)用沒能得到進(jìn)一步研究發(fā)展,這大概由于激光治療技術(shù)在眼科上應(yīng)用飛速發(fā)展的原故。3.泌尿科聚焦超聲比較適合于泌尿科治療。Vaughan和Watkin等的研究表明:將換能器通過一定方式穿過直腸甚至整個(gè)膀胱,可以對膀胱壁細(xì)胞進(jìn)行有選擇的殺傷,而不損傷皮膚和其它組織。HIFU技術(shù)在泌尿科治療上的一個(gè)成功應(yīng)用是對良性前列腺增生的治療。前列腺疾病發(fā)病率高,相關(guān)的并發(fā)癥也較多,所以HIFU技術(shù)作為一種非侵入性治療手段使得前列腺病變組織切除變成容易。目前使用HIFU技術(shù)治療良性前列腺增生主要是減小前列腺體積,以達(dá)到緩解癥狀的目的,將來其它方面的用途會進(jìn)一步開發(fā)。與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問題的能力。為配合雙語教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。Foster等用頻率為4MHz的換能器在垂直于尿道的平面上輻照形成焦斑,組織解剖發(fā)現(xiàn)凝固壞死區(qū)被嚴(yán)格限制在照射區(qū)內(nèi),而直腸粘膜、固有肌層、膀胱等都沒有受到影響。Madersbacher

用HIFU治療36個(gè)前列腺增生病例,總的治療時(shí)間是37±14min。結(jié)果為:6個(gè)月后,尿流率平均增加了60%,前列腺體積下降55%。HIFU治療后明顯的副作用是尿潴留,但對直腸沒有損害。上面結(jié)果說明:HIFU技術(shù)可成功地對前列腺進(jìn)行熱殺傷和消腫,但治療后應(yīng)進(jìn)行長期跟蹤檢查。三、HIFU用于腫瘤治療HIFU治療腫瘤的優(yōu)勢泌尿系統(tǒng)腫瘤肝臟腫瘤惡性骨腫瘤乳腺腫瘤子宮肌瘤其他腫瘤1.HIFU治療腫瘤的優(yōu)勢溫度高升溫快。超聲刀治療是細(xì)胞水平的治療,有研究表明,細(xì)胞在40℃以下溫度時(shí)的滅活時(shí)間需要近15h,在50℃溫度時(shí)滅活時(shí)間為3min,在60℃溫度時(shí)滅活時(shí)間為3s,70℃時(shí)細(xì)胞滅活時(shí)間為0.25s,而在100℃溫度下細(xì)胞滅活時(shí)間僅為0.1s,超聲刀利用聲波轉(zhuǎn)熱能可在短時(shí)間內(nèi)使腫瘤治療部位的溫度達(dá)到70-100℃,腫瘤細(xì)胞瞬間變性壞死,在治療溫度上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的射頻,微波等熱療技術(shù)。精確度高。一般來說HIFU技術(shù)聚焦區(qū)域小,高溫范圍集中,焦區(qū)外組織溫度基本安全。實(shí)驗(yàn)研究表明:在焦區(qū)與未損傷組織有著明顯的分界限,一般不超過10個(gè)細(xì)胞的寬度。超聲刀治療腫瘤的無創(chuàng)傷性。超聲刀治療腫瘤無任何痛苦,皮膚灼傷率小,無任何并發(fā)癥,同時(shí)由于超聲波是一種機(jī)械波,對機(jī)體沒有類似X射線、γ-射線所致的電離輻射損傷,是真正意義上的無創(chuàng)治療。適應(yīng)癥廣泛、治療腫瘤體積大。超聲刀由于無創(chuàng)傷等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)癥廣泛如肝癌、腸癌、腎癌、腹腔淋巴瘤、腹腔和腹膜后淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移,卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌、膀胱癌等20多種腫瘤,幾乎包括了腹腔、盆腔內(nèi)各種臟器的實(shí)體瘤。超聲刀治療腫瘤與放化療有協(xié)同作用。超聲刀治療腫瘤由于無痛苦,無毒副作用,所以不僅不排斥其他的治療，而且與傳統(tǒng)的放化療有協(xié)同作用，并對化療也有增敏和減少藥量、降低副作用的作用。超聲刀治療可降低腫瘤的復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移。超聲刀對腫瘤細(xì)胞是細(xì)胞水平的殺死,對周圍組織結(jié)構(gòu)的完整性無影響,又無治療后毒副作用,故可以相對擴(kuò)大治療范圍,殺滅腫瘤周圍的浸潤細(xì)胞,減少復(fù)發(fā)。2.泌尿系統(tǒng)腫瘤日本、美國等有多篇文章報(bào)道了HIFU治療前列腺肥大以及前列腺癌的情況,較有代表性的是1999年美國的SanghviNT報(bào)道的在美國、加拿大、日本組成3個(gè)臨床中心對62例前列腺肥大患者進(jìn)行了經(jīng)肛門HIFU治療并連續(xù)觀察1～2年的研究結(jié)果,學(xué)者們都肯定了HIFU治療前列腺肥大和前列腺癌的可行性和有效性。目前研究熱點(diǎn)在HIFU如何聯(lián)合其他傳統(tǒng)的治療手段提高臨床治療的有效性和安全性,其二是如何通過更好的成像顯影技術(shù),提高治療過程中的實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控,做到真正意義上的“精確切除”。有關(guān)HIFU對腎臟腫瘤的作用報(bào)道較少。1996年AdamsJB等用VX2兔腎癌模型,觀察了HIFU對腎腫瘤的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIFU對腎組織有明確的殺傷作用,但那時(shí)的超聲技術(shù)和成像技術(shù)不能保證“精確控制切除腫瘤”的需要。隨著CT、MRI、超聲波等顯像技術(shù)的提高,腎臟腫瘤已能早期診斷,外科醫(yī)生們也希望有較好的能夠保留腎單元的方法治療腎腫瘤,但目前尚未證明HIFU就是治療腎腫瘤的好方法。與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問題的能力。為配合雙語教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。3.肝臟腫瘤HIFU用于肝癌的研究較多,目前的研究結(jié)果表明,HIFU在肝癌的治療中具有一定的可行性,是一種較好的治療方法。1991年Yang用Morris大鼠肝癌細(xì)胞3924A植入大鼠肝臟,獲得肝癌的動物模型后,用4MHz的換能器、550W/cm2

聲強(qiáng)照射大鼠的肝臟,結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIFU可明顯抑制肝癌細(xì)胞的生長。1997年王智彪、伍烽等分別報(bào)道用HIFU治療系統(tǒng)照射接種了H22肝癌細(xì)胞的小鼠肝臟,觀察急性生物學(xué)效應(yīng),結(jié)果亦表明HIFU能有效抑制肝癌細(xì)胞的生長。1997年王智彪報(bào)道了HIFU對香豬的正常肝組織的定位損傷情況。他用工作頻率0.8MHz,聲強(qiáng)1200W/cm2

的HIFU超聲能量,輻照香豬肝臟,結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIFU不僅可造成肝臟的組織細(xì)胞凝固性壞死,而且超聲波所通過的各層組織及靶點(diǎn)外的組織均無損傷。這一研究結(jié)果為HIFU腫瘤治療系統(tǒng)用于臨床奠定了理論基礎(chǔ)。1999年,伍烽等首次報(bào)道了HIFU治療原發(fā)性肝癌的臨床研究結(jié)果。他們用重慶醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)超聲工程研究所提供的聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng),對13例原發(fā)性肝癌患者進(jìn)行了HIFU治療。治療系統(tǒng)的工作頻率為0.8MHz和1.6MHz,聲強(qiáng)為13153W/cm2;采用完全和部分覆蓋兩種照射方式;照射后一部分患者立即手術(shù),另一部分未做手術(shù),觀察其有效性和安全性。手術(shù)組證實(shí)HIFU照射的預(yù)定靶區(qū)與實(shí)際治療范圍重合,可造成局部組織細(xì)胞的凝固性壞死;在未手術(shù)組,7例患者肝區(qū)疼痛緩解,進(jìn)食改善,彩色多普勒超聲檢查腫瘤病灶回聲明顯增強(qiáng);13例患者的肝功、腎功、心電圖、電解質(zhì)水平等在HIFU治療前后沒有明顯改變。此研究較全面地報(bào)道了HIFU治療臨床肝癌的有效性和可行性。肝右葉、左內(nèi)葉原發(fā)性肝癌左圖為治療前CT,腫物位于肝右葉膈頂部,腫物大小6.5cm×9cm;右圖為HIFU治療后1月同一層面MRI圖像,示腫物明顯縮小,大小約3cm×2cm肝癌海扶治療前后MRI影像對比肝癌海扶治療前后超聲影像對比4.惡性骨腫瘤由于骨組織與周圍組織聲阻抗差異大,形成強(qiáng)烈的反射,引起骨旁組織內(nèi)高溫,使得這些組織易損傷,且進(jìn)一步影響聲波的穿透性;骨組織使超聲波急劇衰減,因而超聲很難穿透骨骼。既往認(rèn)為,HIFU不適宜骨組織的腫瘤治療。但當(dāng)骨骼在病理情況下,如骨肉瘤,骨骼被破壞,聲衰減會變小,聲束便易于穿過。這就使得HIFU治療骨腫瘤成為可能。2001年,陳文直等報(bào)道了HIFU對骨腫瘤的動物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果。結(jié)果顯示靶區(qū)骨腫瘤細(xì)胞凝固性壞死。同年該作者又報(bào)道了HIFU用于惡性骨腫瘤的初步治療情況:對5例骨腫瘤患者于截肢手術(shù)前,用HIFU照射,觀察了HIFU對骨腫瘤的有效性和安全性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)HIFU治療頻率為0.8MHz、治療時(shí)間為5250～7569s時(shí),治療后,患者的癥狀如疼痛、鄰近關(guān)節(jié)的活動度等都有不同程度的緩解或改善;而肉眼看靶區(qū)組織灰白色、無光澤;光鏡下腫瘤細(xì)胞核固縮、細(xì)胞間隙增寬等。作者認(rèn)為,HIFU治療骨腫瘤具有效性和可行性。鄒建中等報(bào)道了用彩色多普勒引導(dǎo)HIFU適形治療骨腫瘤以及隨訪腫瘤的聲像圖變化情況。作者觀察到HIFU照射后,骨腫瘤瘤體內(nèi)結(jié)構(gòu)破壞,回聲彌漫性增強(qiáng),病變的透聲性增加,血供消失;在隨訪中發(fā)現(xiàn),治療后一個(gè)月左右,瘤體開始縮小,內(nèi)部回聲增強(qiáng),隨后的回聲又逐漸減低至消失。作者認(rèn)為彩色多普勒引導(dǎo)HIFU定位、適時(shí)監(jiān)控以及隨訪都是準(zhǔn)確、可靠和有效的。骨肉瘤海扶治療前后ECT影像對比與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問題的能力。為配合雙語教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。治療前治療后10月5.乳腺腫瘤1998年劉長安等報(bào)道有關(guān)HIFU照射離體人乳腺腫瘤塊的情況:用工作頻率為1.6MHz,聲強(qiáng)為5800W/cm2

的超聲能量對16例標(biāo)本進(jìn)行了10s的“點(diǎn)打”,結(jié)果靶區(qū)內(nèi)見明確的凝固性壞死。2000年再次報(bào)道了HIFU對活體兔VX2乳腺腫瘤急性損傷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探討了HIFU破壞乳腺腫瘤的有效性。2001年曹友德等較系統(tǒng)的研究了高強(qiáng)度聚焦超聲腫瘤治療系統(tǒng)對人乳腺癌的治療情況。首先對23例因乳腺癌需做乳癌根治術(shù)的患者于手術(shù)前1周行HIFU照射,觀察了HIFU照射后乳癌組織的病理變化:光鏡下見靶區(qū)組織凝固性壞死,靶區(qū)邊緣組織以細(xì)胞核碎裂、溶解為主;靶區(qū)血管內(nèi)皮細(xì)胞壞死、溶解,管腔內(nèi)不同程度的血栓形成等。靶區(qū)外未見乳腺癌組織殘留;靶區(qū)周圍發(fā)現(xiàn)淋巴濾泡樣結(jié)構(gòu)形成,同側(cè)腋窩淋巴結(jié)內(nèi)濾泡增多,生發(fā)中心擴(kuò)大,竇內(nèi)組織細(xì)胞明顯增多,作者認(rèn)為HIFU不僅對乳腺癌組織有直接的殺傷作用,且有增強(qiáng)機(jī)體局部和全身抗腫瘤免疫功能的作用。2002年曹友德再次報(bào)道了HIFU照射乳腺癌后,乳腺癌組織的PCNA、CD44V6、MMP-9等蛋白表達(dá)情況,深層次地探討了HIFU對癌細(xì)胞的生物學(xué)行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIFU照射后的乳腺癌組織細(xì)胞,失去了增殖、粘附及分泌金屬蛋白酶的能力,且靶區(qū)內(nèi)細(xì)胞的端粒酶活性降低,接近陰性水平,說明這些細(xì)胞失去了永生化特點(diǎn),失去了惡性行為的能力。乳腺癌海扶治療前后對比6.子宮肌瘤常淑芳在1999年就研究了HIFU對離體人子宮肌瘤的殺傷作用,獲得了較為肯定的結(jié)果,即HIFU對子宮肌瘤細(xì)胞具有殺傷作用。熊正愛緊接著報(bào)道了HIFU體外定點(diǎn)照射猴子宮的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)在HIFU照射靶區(qū)子宮局部組織產(chǎn)生了不可逆的凝固性壞死,而且子宮周圍的組織器官如膀胱、直腸、卵巢等都沒有明顯的損傷;研究者還觀察了HIFU靶區(qū)細(xì)胞SDH、ACP、ATP、C-6-P等酶的活性情況,從細(xì)胞功能的角度充分證明了HIFU對活體猴子宮組織的破壞作用;并且從觀察HIFU照射后對猴的遠(yuǎn)期影響,發(fā)現(xiàn)HIFU照射前后猴的月經(jīng)周期和經(jīng)期無變化,說明HIFU體外照射猴子宮,不僅能準(zhǔn)確造成定位點(diǎn)的組織損傷,而且對周圍組織沒有明確的負(fù)面影響,對生殖生理亦無影響,初步顯示了HIFU治療子宮肌瘤的有效性、安全性和可行性。Tempany等在常規(guī)切除子宮前用HIFU治療了9例子宮肌瘤患者,并重點(diǎn)觀察了MRI在HIFU治療過程中的引導(dǎo)作用和MRI顯像的準(zhǔn)確性,同時(shí)進(jìn)行了MRI與病理組織學(xué)檢查的療效評價(jià)。結(jié)果不僅顯示了在MRI引導(dǎo)下能準(zhǔn)確造成子宮肌瘤的凝固性壞死,而且表明MRI在HIFU治療中的重要地位。在國內(nèi),一些醫(yī)院已開始用HIFU技術(shù)治療子宮肌瘤,目前HIFU已經(jīng)被廣大的婦產(chǎn)科醫(yī)生知曉,HIFU治療子宮肌瘤的有效性和可行性已不用質(zhì)疑;但HIFU治療子宮肌瘤的臨床劑量研究報(bào)道很少,該如何掌握HIFU的治療劑量?如何避免并發(fā)癥的出現(xiàn)?還需要進(jìn)一步地實(shí)驗(yàn)研究。前壁黏膜下肌瘤聲像圖左圖為縱切面,右圖為橫切面。治療前呈低回聲為左圖患者肌瘤治療后1年聲像圖瘤體明顯縮小,回聲增強(qiáng)與本PPT配套的指定教材目前，關(guān)于生物醫(yī)學(xué)超聲的參考書很多；但是從教十年多來，一直很難找到一本非常適合本科生的教材。這也是編者下定決心編寫本書的主要原因之一。本書的內(nèi)容主要包括超聲物理基礎(chǔ)，壓電效應(yīng)與換能器技術(shù)，超聲成像診斷原理，超聲治療技術(shù)，醫(yī)學(xué)超聲實(shí)驗(yàn)，醫(yī)學(xué)超聲的最新進(jìn)展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習(xí)與思考題，以幫助讀者鞏固書中的內(nèi)容，并提高分析解決問題的能力。為配合雙語教學(xué)，本書保留了關(guān)鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點(diǎn)是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時(shí)，兼顧一定的工程技術(shù)實(shí)用性，如包含聲場的數(shù)值模擬，超聲圖像的C語言程序處理，超聲波發(fā)射電路原理，換能器的匹配技術(shù)等。本書適合醫(yī)學(xué)超聲以及相關(guān)領(lǐng)域的本科生作教材，也可供該領(lǐng)域的研究生，科研及工程技術(shù)工作者參考。宮底前壁肌瘤聲像圖子宮縱切面,治療前呈低回聲為左圖患者肌瘤治療后3個(gè)月聲像圖瘤體縮小,仍為低回聲7.其他HIFU還可用于肺腫瘤、胰腺腫瘤、各種急性出血等治療,但目前都處于動物實(shí)驗(yàn)階段,未見用于臨床的報(bào)道。臨床表現(xiàn)腫瘤標(biāo)志物及血生化變化影像學(xué)變化毒副反應(yīng)及并發(fā)癥肝癌28例原發(fā)性肝癌患者，治療前24例有臨床癥狀，經(jīng)HIFU治療后，20例癥狀明顯改善：食欲增加、食欲缺乏緩解或消失、體重增加、右上腹疼痛緩解或消失。治療前肝功能異常的患者占25例，治療后2周復(fù)查有22例降至正常水平或接近正常水平。AFP升高的患者HIFU治療后1周內(nèi)復(fù)查有5例輕度升高，2-3周復(fù)查有16例降低超過原數(shù)值的50%。在治療中應(yīng)用B超實(shí)時(shí)觀察治療區(qū)靶組織回聲較前增強(qiáng)。HIFU治療后2周行CT或MRI檢查，表現(xiàn)為CT平掃顯示CT值下降，腫瘤有所縮小。增強(qiáng)時(shí)動脈相及門靜脈相靶區(qū)內(nèi)無血供，延遲相治療區(qū)邊緣有一薄層的增強(qiáng)帶。28例中有4例出現(xiàn)低熱，3例出現(xiàn)皮膚燒傷。骨肉瘤16例患者除1例患者因化療耐藥出現(xiàn)全身廣泛轉(zhuǎn)移死亡之外,余15例隨訪患者均健在。HIFU治療后1～3個(gè)月,Tc2MDP骨顯像顯示16例腫瘤的異常放射性濃聚消失，呈放射性冷區(qū)。治療區(qū)皮膚燒傷和局部神經(jīng)損傷。乳腺腫瘤12例患者術(shù)后治療側(cè)乳房腫脹明顯,大多于術(shù)后(2～3)天迅速消退;個(gè)別患者在術(shù)后一周左右完全消退。HIFU治療后MRI檢查T1加權(quán)和T2加權(quán)相靶區(qū)信號有變化,動態(tài)增強(qiáng)掃描靶區(qū)血供消失,延遲相發(fā)現(xiàn)在治療區(qū)邊緣有一較薄的增強(qiáng)帶。12例病人中有3例出現(xiàn)低熱。1例出現(xiàn)皮膚點(diǎn)狀橘皮樣變,未給予特殊處理,一周內(nèi)痊愈。子宮肌瘤本組79例患者,治療前9例腰部酸痛或下腹疼痛,治療后疼痛消失7例,減輕2例;另有6例患者治療前下腹墜脹,治療后墜脹感均有明顯減輕。治療后1個(gè)月復(fù)查,部分瘤體回聲較前增強(qiáng),部分回聲強(qiáng)弱不均,另有部分瘤體回聲強(qiáng)度無明顯變化。繼續(xù)觀察至今,少數(shù)瘤體內(nèi)出現(xiàn)液化或鈣化。無四、HIFU治療的局限性難以完全殺死靶區(qū)癌細(xì)胞臟器的運(yùn)動和影像學(xué)的限制影響HIFU的精確定位無前瞻性試驗(yàn)驗(yàn)證HIFU治療的有效性含氣腔道及骨性組織的影響尚未出現(xiàn)能實(shí)際運(yùn)用的無創(chuàng)實(shí)時(shí)測溫系統(tǒng)1.難以完全殺死靶區(qū)癌細(xì)胞這實(shí)際上是HIFU治療腫瘤能否成功的關(guān)鍵所在。由于HIFU的聚焦區(qū)太小(直徑僅為數(shù)毫米),而腫瘤體積大,不得不采用多次照射。但因?yàn)榘芯噙^小,這個(gè)靶點(diǎn)常影響到下一個(gè)靶點(diǎn)的定位,即靶點(diǎn)-靶點(diǎn)相互作用(lesion-lesioninteraction)現(xiàn)象。加上靶區(qū)內(nèi)能量分布不均勻,常遺留未殺傷區(qū)。Chen等和程樹群等發(fā)現(xiàn)在經(jīng)HIFU治療后的組織中有殘留癌細(xì)胞小島,Gelet

等則在50例行HIFU治療的前列腺癌患者中發(fā)現(xiàn),有19例經(jīng)活檢證實(shí)殘留有活的腫瘤細(xì)胞。殘留的腫瘤細(xì)胞有兩種結(jié)局:可能因?yàn)槿狈ρ┒劳?但更為可能的是腫瘤細(xì)胞利用組織液而生存,在新生血管長入后繼續(xù)生長。解決這一問題的關(guān)鍵在于增加聚焦點(diǎn)面積,減小靶距和反復(fù)多次治療。2.臟器的運(yùn)動和影像學(xué)的限制影響HIFU的精確定位肝臟隨著呼吸而上下移動,任何一個(gè)小的移動都有可能大于焦點(diǎn)直徑;有些腫瘤在影像學(xué)上僅有密度的改變,而無明顯的邊界。這些都可能影響HIFU的定位,從而影響療效。3.無前瞻性試驗(yàn)驗(yàn)證HIFU治療的有效性目前,不論動物試驗(yàn)還是臨床試驗(yàn)都沒有與傳統(tǒng)治療腫瘤最有效的手術(shù)方法作前瞻性的比較,而這恰好是臨床醫(yī)生最為關(guān)心的問題。Yang等用HIFU單次及反復(fù)多次治療小鼠纖維母細(xì)胞瘤(腫瘤直徑為4～5mm),治愈率分別為47%和67%,較未治療組顯著提高。Prat

等也得出類似結(jié)果。但實(shí)際上對于如此小的腫瘤,外科手術(shù)切除治愈率應(yīng)該達(dá)到100%,遺憾的是所有的作者均未進(jìn)行比較。4.含氣腔道及骨性組織的影響HIFU在某些部位的應(yīng)用難以達(dá)到完全無創(chuàng),超聲波在空氣中幾乎被完全反射,通過骨性組織時(shí)則被大量吸收,出現(xiàn)正常組織的灼傷,并且使能量不能很好到達(dá)靶區(qū)。程樹群等通過肋間隙用HIFU破壞兔肝組織,結(jié)果發(fā)現(xiàn)皮膚、肺、胃、肋間隙和膈肌均出現(xiàn)灼傷。因此,HIFU在治療肝癌時(shí)不得不從肋緣下進(jìn)入,限制了在肝臟某些部位的應(yīng)用;或者切除部分肋骨,則為有創(chuàng)。而在顱腦外科,則不得不切除部分顱骨。這些均使得HIFU難以達(dá)到完全無創(chuàng)。5.尚未出現(xiàn)能實(shí)際運(yùn)用的無創(chuàng)實(shí)時(shí)測溫系統(tǒng)靶區(qū)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測對于療效的判斷、