超聲波熱原理的治療應(yīng)用及研究進(jìn)展

邱延田 (天津市濱海新區(qū)塘沽向陽(yáng)街社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心，天津 300457)

超聲波除了能夠通過(guò)超聲影像輔助臨床做出診斷外，超聲波熱效應(yīng)還能被廣泛開(kāi)發(fā)用于治療的先進(jìn)超聲治療設(shè)備，本文就近幾年超聲波熱原理的國(guó)際應(yīng)用和研究進(jìn)展作一概述。

1 超聲物理療法

超聲物理療法的第一個(gè)臨床應(yīng)用是未聚焦超聲光束，可追溯至20 世紀(jì)50 年代，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為“治療性超聲波”。這種設(shè)備通常由一個(gè)產(chǎn)生電信號(hào)的裝置和手持式換能器構(gòu)成。經(jīng)過(guò)超聲理療技術(shù)訓(xùn)練的技師能夠使用這種手持式超聲換能器及耦合劑在患者疼痛或者受傷的骨骼部位作圓周運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到物理治療的目的。治療原理是超聲換能器加熱受傷部位的肌腱、肌肉及其他組織，促進(jìn)血液循環(huán)，加快傷口愈合。耦合劑包含各種不同療效的藥物，超聲能夠促進(jìn)藥物向皮膚內(nèi)部的轉(zhuǎn)運(yùn)，通常稱其為超聲滲透或者聲透療法(與電泳類似)［1］。耦合劑中包含的藥物如運(yùn)動(dòng)損傷治療中常用的利多卡因和類固醇激素等。超聲理療在臨床的治療效果尚在研究中［2－3］。該療法如果能夠正確操作發(fā)生意外(如燒傷) 的概率極低?？傊?，超聲物理療法是一種高效低風(fēng)險(xiǎn)的治療方法。

2 超聲熱療

從20 世紀(jì)80 年代到20 世紀(jì)90 年代學(xué)者對(duì)超聲熱療應(yīng)用于大器官癌癥的治療進(jìn)行了一系列探索。這種方法把癌組織加熱到42℃～45℃，并持續(xù)30 ～60 min，能夠達(dá)到阻滯癌細(xì)胞生長(zhǎng)擴(kuò)散的目的［4］。該方法使用的多元陣探頭頻率為1 ～3.4 MHz［5］。臨床報(bào)道治療過(guò)程中，可以合并放療進(jìn)行，也可單獨(dú)使用，療效明顯［6］。研究顯示超聲熱療效果優(yōu)于納米給藥［7］。雖然中等溫度的超聲熱療沒(méi)有廣泛應(yīng)用于臨床，但是超聲熱療的優(yōu)勢(shì)已被轉(zhuǎn)化于研究高強(qiáng)度聚焦超聲(High－Intensity Focused Ultrasound，HIFU)。

3 高強(qiáng)度聚焦超聲

高聚焦超聲起初應(yīng)用于腦外科手術(shù)無(wú)法達(dá)到的帕金森疾病的腦組織消融［8］。HIFU 系統(tǒng)中，主要部件包含一個(gè)信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)聚焦轉(zhuǎn)換器，后者聚焦后能夠產(chǎn)生功率大于1 KW/cm2，頻率為0.5 ～7 MHz 的超聲焦點(diǎn)。由于焦點(diǎn)較小，可應(yīng)用與對(duì)直徑為幾毫米的組織進(jìn)行超聲消融。使用過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制超聲焦點(diǎn)位置以免傷害正常組織。這種方法被美國(guó)食品與藥品管理局(food and drug administration，F(xiàn)DA)推薦用于子宮平滑肌瘤消融，心臟消融術(shù)，內(nèi)臟軟組織消融術(shù)及整形過(guò)程中提高眉毛的位置［9］。另外，文獻(xiàn)報(bào)道HIFU 也可用于治療青光眼［10］。除了FDA 批準(zhǔn)的臨床已經(jīng)使用的HIFU 設(shè)備，還有一些正在研進(jìn)行研究的設(shè)備［11］。在諸如多級(jí)射頻、激光、微波等非電離能量轉(zhuǎn)換研究中，高強(qiáng)度聚焦超聲的臨床應(yīng)用是研究比較活躍的領(lǐng)域之一。HIFU 目前正在進(jìn)行對(duì)于神經(jīng)傳到治療的研究［12］。其他HIFU 應(yīng)用領(lǐng)域方面，最傳統(tǒng)也是目前掌握研究數(shù)據(jù)最多的治療應(yīng)用是良性前列腺增生和前列腺癌。一系列包括數(shù)年跟蹤隨訪記錄的多中心系統(tǒng)性研究證實(shí):HIFU 治療前列腺癌效果良好［13－14］。

超聲波能量治療應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵因素是如何控制超聲焦點(diǎn)位于換能器平面幾毫米到幾厘米的范圍內(nèi)。因此，精確地確定治療區(qū)域與超聲系統(tǒng)的位置是非常重要的。此外，精確估計(jì)超聲治療區(qū)域的組織構(gòu)成是保證充分治療的前提。

超聲治療應(yīng)該能夠被移動(dòng)到不同的人體位置以完成治療計(jì)劃。磁共振成像與超聲成像是確定超聲治療對(duì)象的影像引導(dǎo)和治療控制的常用方法。磁共振成像能夠測(cè)量超聲治療過(guò)程中的溫度變化［15］。特殊的包含超聲治療子系統(tǒng)的磁共振系統(tǒng)已被臨床應(yīng)用于子宮肌瘤、腦組織疾?。?6－17］、胸腔組織疾?。?8－19］、骨組織疾?。?0－21］、前列腺癌［22］。超聲為基礎(chǔ)的成像和監(jiān)控功能使超聲治療與影像調(diào)節(jié)結(jié)合在同一套系統(tǒng)中成為可能。超聲成像監(jiān)測(cè)超聲治療過(guò)程中組織結(jié)構(gòu)變化相關(guān)技術(shù)仍在開(kāi)發(fā)中，一些可能的開(kāi)發(fā)方向包括聲速、衰減、硬度、靶器官蒸汽含量變化的結(jié)合［23］，包括蒸汽探測(cè)［24］。

除了外部聚焦的裝置，一些其他的裝置和系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)用于軟組織凝固，這些方法最主要用于介入治療方法:經(jīng)皮間質(zhì)性肝組織消融或通過(guò)自然孔口消融［25］，如用于經(jīng)直腸前列腺疾病治療;經(jīng)尿道進(jìn)行超聲前列腺理療［26］;內(nèi)窺鏡結(jié)合導(dǎo)管內(nèi)超聲探頭治療膽管癌［27］;血管內(nèi)介入超聲治療的方法已被用于心臟消融術(shù)［28］。

非創(chuàng)傷性超聲治療在美容醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用正在越來(lái)越多的被研究和開(kāi)發(fā)。在該領(lǐng)域中聚焦超聲是在皮膚和皮下組織(真皮到皮下脂肪)的2 mm 至20 mm 引導(dǎo)進(jìn)行。治療過(guò)程可產(chǎn)生約1 立方毫米到幾十立方厘米的非常小的損傷。該方法可以提供一個(gè)更安全的吸脂整容選擇方法［29］。表皮組織暴露于高強(qiáng)度聚焦超聲，導(dǎo)致膠原蛋白基礎(chǔ)的收縮(真皮)或脂肪組織破壞［30］。歐盟與加拿大推薦一套應(yīng)用于醫(yī)學(xué)美容的超聲設(shè)備［31］。根據(jù)不同的設(shè)備需要及美容應(yīng)用需要，超聲的熱能機(jī)制和非熱機(jī)制都被應(yīng)用。這些設(shè)備目前已被批準(zhǔn)在美國(guó)使用。這種技術(shù)的長(zhǎng)期應(yīng)用以及注冊(cè)審批仍在研究中。

高強(qiáng)度聚焦超聲應(yīng)用涉及對(duì)靶器官進(jìn)行大量輸送超聲能量，應(yīng)盡可能避免意外組織損傷。例如，發(fā)生意外的燒傷和疼痛。此外，高強(qiáng)度聚焦超聲可能會(huì)導(dǎo)致血管痙攣和出血，進(jìn)而導(dǎo)致器官產(chǎn)生空化［32］。HIFU 的其他生物效應(yīng)和并發(fā)癥也可能發(fā)生，每個(gè)應(yīng)用都有相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。治療前列腺的高強(qiáng)度聚焦超聲裝置，如前列腺癌，可導(dǎo)致多種泌尿系統(tǒng)并發(fā)癥，包括陽(yáng)痿和尿失禁［33］，還可以引起其他類型的治療前列腺癌。高強(qiáng)度聚焦超聲已被用于組織消融治療心房纖維顫動(dòng)，不良反應(yīng)是有可能產(chǎn)生肺靜脈分離，更為嚴(yán)重的并發(fā)癥可以導(dǎo)致難以愈合的心房食管瘺［34］。HIFU 對(duì)于肝癌和胰癌的治療也可導(dǎo)致嚴(yán)重的并發(fā)癥，包括瘺管形成和肋骨壞死及遲發(fā)肋骨骨折［35］。應(yīng)用HIFU 設(shè)備時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)安全考慮，確保有利的一面應(yīng)用于臨床治療，同時(shí)盡量避免對(duì)患者的傷害。

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