肿瘤热疗生物学原理及肿瘤治疗学定位1

肿瘤热疗生物学原理及肿瘤治疗学定位 1 教案 东南大学临床医学院肿瘤教研室 南京 210009 李苏宜 热物理治疗是一项抗恶性肿瘤新技术 正处于发展初期的初期阶段 被认为是 一项发展前景明确 广阔的治疗方法和临床肿瘤学的一个分支学科 热疗的分类 肿瘤热物理治疗 简称肿瘤热疗 hyperthermia 是利用物理疗法包括电磁波 超声波 远红外线等热源 使组织加热 达到杀灭恶性肿瘤的目的 肿瘤的热 疗目前尚无统一的规范 习惯按其加热的范围 作用的部位 加热源的不同和 导入方式来分类 一 按加热范围分类 1 全身加热 全身各部位都得到加热 体温被动升高至 41 3 41 8 或 轻度热疗下体温维持在 39 5 41 5 4 6h 之间 同时监测心率 血压的变 化 全身加热的热源一般都采用红外线以热传导的方式或热辐射的方式加热 包括远红外线辐射 全身热水浴 热传导 体外循环加热法 热传导 和局部 区域性加热致全身体温升高的加热方法等 2 区域加热 这是一种比局部加热范围更大的一种热疗方法 区域加热 的范围约占机体体积的 1 5 1 3 加热时体温有明显的升高 并伴心率加快 血压降低 区域性加热的热源一般采用射频环形阵列 电极 经体表进行加热 能对深部的病变进行有效的加热 3 局部加热 热作用的范围局限于体表投影最大直径 30cm 的加热 由 于热作用的范围小 加热时不会引起体温的明显升高 是最安全有效的一种热 疗方法 也是肿瘤热疗最常用的加热方法 局部加热常用热源有超声波局部加 热 微波局部辐射加热 射频电感式局部透热和射频电容式局部透热 其中前 三种加热方法适于较表浅病灶 射频电感式局部透热适用于深部及表浅病灶 4 单病灶加热 热作用范围局限于单个病灶 这种方法的特点是局部热 量较高 病灶多达到凝固性坏死或变性的程度 对全身体温几乎无任何影响 单病灶加热常用热源有聚焦超声 射频和微波 有体外式 自然腔道插入式或 组织间介入式 主要治疗目的是靶病灶的灭活或靶病灶的加热增敏放疗 二 按热量导入体内方式分类 1 体外 表 加热 无论采用任何热源和作用方式 主要是热源经过体表 作用于病变的方法 统称经体表加热法 这种方法系非损伤的治疗方法 其中 对体表表浅部位的加热热源多采用微波 远红外线 超声波等 称为体表加热 而对于可以达到深部组织加热目的的电容式射频加热方式 习惯上称为深部组 织透热 聚焦超声的单病灶灭活性热固化加热也是表外加热方式 但通常不用 透热 一词来表示 2 自然腔道加热 通过自然腔道途径将电极或辐射器插入进行加热的方法 多用于直肠癌 鼻咽腔病变 宫颈癌 食道癌的治疗 这种方法避免了热源的 能量被体表 深层组织吸收而消弱对体腔内病变的加热 使热源能直接对体腔 病变进行加热 此方法多与放疗合用 以对放疗增敏 3 组织间加热 这是一种损伤性的加热方法 就是将针状电极或微波针状 辐射器直接刺入病变组织 使病变组织直接加热 此种方法多达到热固化坏死 的地步 多用于单病灶灭活的治疗 三 按加热热源分类 1 超声波加热 超声波是一种机械波 它本身没有热辐射 它的加热作用是通 过超声波作用于机体组织细胞的微粒 是微粒按超声波的频率产生运动 互相 摩擦产生热 这种热也称内源热 超声波对机体组织有较强的穿透能力 但要 求组织均一性强 由于人体组织结构的非均一性 当超声波从一个媒介质进入 另一个媒介质时 会产生被组织部分吸收 部分反射 从而使超声波在组织间 传导时迅速衰减 利用凹面超声探能器将超声波聚焦成点 通常为纺锤体 导 入人体靶组织 通过由点成线 由线成面 由面成体来完成对整个瘤体的热固 化 2 高频电波 由长波 中波 短波 超短波和分米波 厘米波 毫米波组成 即射频和微波组成 射频的高频端 短波 超短波 采用电容式局部加热的方 法导入人体 长波 中短波则多用于组织间加热 微波对组织的穿透能力与其 频率有关 频率越高 深度越浅 电磁波系无线电波 本身不发热 作用于人 体 使组织中常电荷离子 偶极子在高频磁场下随之震动 而摩擦生热 3 红外线 近红外线是通过热辐射而加热 不推荐用于恶性肿瘤的热物理治疗 中 远红外线由于通过谐共振原理使得组织表皮下 5mm 深度发生离子 偶极子 振动而带动了微血管血液温度升高 进而致使全身体温被动升高 因而用于全 身亚高温加热 四 按温度分类 1 炭化 瞬间 200 及以上温度 达到靶点炭化 多不用于恶性肿瘤的热疗之 中 例如肠道内镜的高频电刀等 2 固化 65 100 的温度 可使组织凝固性坏死 多见于组织间加热和聚焦超 声加热 3 高温 以体外射频电容式加热为代表 局部温度多为 43 5 左右 配合放疗 和 或化疗 以提高疗效 4 亚高温 39 5 40 5 或 41 5 多用于全身性加热 例如远红仑式加热 应配合化疗使用 机体生物热效应机制 一 关于温度指标 多数肿瘤细胞致死温度的临界值在 42 5 43 在此温度范围延长加温时间 可加重肿瘤细胞的损伤和抑制增生 不同类型的恶性肿瘤细胞对温度的敏感性 差别较大 杀灭恶性肿瘤细胞的最低限被认为式 42 2h 正常组织能耐受 42 43 高热 在恶性肿瘤热物理治疗中 多围绕两个变量来进行量化评定热量的大小 即时 间和温度 被加热的靶组织温度越高 杀灭靶细胞所需时间就越短 两者关系 是升高 1 2 加热持续时间可缩短 1 2 临床上多数情况下为了保证安全和 降低痛苦 多采用延长时间的方法 二 高热对正常组织的影响 器官组织的热敏感性以睾丸 晶状体对热特别敏感 容易产生热损伤 其次是 那些组织代谢更新率较高的器官包括胃肠 骨髓 肝 肾 而那些组织代谢更 新率较低的器官则耐受性相对较强 包括膀胱 食管 骨皮质 周围神经等 动物试验表明 42 45 加热时 可导致狗致命性心动过速的发生 并发生心 肌局灶性缺血坏死和出血 食管对热的耐受性相对于胃肠来说较高 比较适于 腔内近距表面加热 由于肠内容物可大量吸热而不能散热 腹部局部加热至 43 5 左右时易发生胃肠壁的坏死而发生胃溃疡 十二指肠球部溃疡甚至穿孔 后者尤多见于微波体外辐照 过热可引起肝脏显著充血 肝细胞肿胀变性 子 宫颈对热耐受性较好 三 对实体瘤作用机制 1 微血管及血流 正常组织与恶性肿瘤组织的微血管结构与血流速度不同 造成两者内环境存在 差异 是高热对肿瘤组织有选择性损伤的基础 肿瘤组织由于其动脉和回流静 脉不是在胚胎阶段完成的完善配置 因而有以下特点 1 血管神经感受器不健 全 对温度的感受性差 2 形态异常 呈线圈样扩张扭曲 血管极为丰富 但 杂乱且有动静脉瘘 血流阻力大 3 毛细血管由单层内皮细胞和缺乏弹性基膜 的外膜组成 脆弱易破裂 4 血管内皮细胞间隙大 部分由肿瘤细胞衬覆 细 胞增生向管腔突出 一起阻塞 5 肿瘤组织的血流量低于邻近的正常组织 加 温后可致肿瘤组织血流量进一步减少 原因可能与加温直接造成瘤组织微血管 内皮细胞热损伤和红细胞柔性减弱 使瘤组织微循环发生障碍 血流阻力增加 和加温时周围正常组织血管扩张 血流发生 改道 现象有关 2 温度差现象 由于以上原因 恶性肿瘤组织在透热时局部温度要高于周边邻近的正常组织 其温度差则高达 5 10 并且肿瘤组织中央温度高于周边温度 因此 当临 近正常组织被加热至 43 时 瘤体内部温度可高达 48 53 而组织对热耐受 的最高极限温度也只有 45 越过此界限值 则组织细胞将发生变性坏死 这 种巧妙地运用了温度差现象加热治疗恶性肿瘤的方法称为高频透热选择性加热 作用 值得一提的是 上述温度差现象在那些体积较小的病灶或片状生长的病灶中不 明显 通常认为仅有 1 2 的温度差 这是由于血流量差别不大的缘故 4 酸化效应 恶性肿瘤组织中广泛存在低血运区 乏氧区和坏死区 导致细胞膜葡萄糖转运 载体和糖酵解关键酶的基因表达上调 肿瘤细胞表现为以糖酵解途径为主要方 式来利用能量 因此生成大量乳酸 加热时局部温度升高可继续通过血流减少 乏氧加重 酵解增强 乳酸进一步增多的途径 加重局部的 pH 值下降 血 运经加热后进一步下降 进一步加重了瘤内因血管系统相对不健全而导致的低 灌注 后可低流入 代谢产物低排出 三低现象 的加重 酸化环境可以通过 降低瘤细胞的热耐受性直接损伤瘤细胞等途径起作用 5 直接损伤肿瘤细胞 高热除了以上对瘤组织血管和血运系统 代谢等方面的影响外 对瘤组织细胞 膜及 DNA RNA 蛋白质的合成均有抑制或破坏作用 有学者认为 热杀伤作用可能归结于细胞膜的损害 以及对细胞骨架和细胞分 裂行为 包括染色体蛋白 DNA 修复酶 的直接作用 或者可能与细胞膜通透 性的继发性影响有关 例如影响 Na K Ca2 谷胱甘肽 ATP 等的通透性 还 有人推测瘤细胞膜的胆固醇含量较正常低 膜流动性强 温热可使细胞质膜的 液晶相发生改变 引起膜的流动性和通透性发生改变 同时导致附着在膜上的 蛋白质 特别是酶系统活性降低 失活 或膜蛋白脱落异位 处于 S 期的细胞对热比较敏感 由此认为热对 RNA DNA 合成存在负性影响 且 RNA 对热损伤早于 DNA 高热可以使细胞溶酶体的活性升高 从而加速细胞的破 坏 此外 还有线粒体的破坏 四 热疗后瘤体病理变化 1 变化过程 多数动物模型发现 在 43 左右时疗后的 2 5H 开始出现肿瘤细胞轻度收缩 胞浆染色加深 细胞核染色体聚集靠近核膜使核膜更清楚 核仁消失 疗后 24 小时肿瘤细胞核发生固缩 分裂相停滞在分裂前期 数天后 可发生细胞核碎 裂和间质纤维组织增生 由少到多 并出现吞噬细胞 两周左右完成纤维化和 吞噬死亡细胞过程 50 及以上则可发生凝固性坏死 2 大体变化 43 持续 60min 一次治疗后 可见肿瘤组织轻度充血 呈粉红色 充血水肿 体积稍大 质地无变化 二次治疗后 肿瘤则呈暗红色 质软 三次治疗后 则可见中央区坏死病灶 四次及以上多次治疗后 瘤体中央区可见到奶黄色坏 死灶 质脆 热固化治疗后可见到十分清晰的奶黄色坏死病灶 质脆 硬 可 见到周边充血水肿 两周后可见到包膜形成 3 镜下观 高热下 43 持续 60 分钟 瘤细胞和瘤组织微血管基质发生急性损伤 表现为 微血管充血 扩张 瘤细胞肿胀 胞浆出现空泡 数次疗后可见到细胞萎缩 胞浆凝固 核缩和核裂 肿瘤边缘有肉芽组织和包膜形成 内有淋巴细胞及吞 噬细胞反应 热固化后病灶区有大量坏死细胞 HE 染色后呈红色 周边有大量 肉芽纤维细胞包绕 内有大量吞噬细胞 聚焦超声热固化后的瘤细胞内可见到 大量大的空泡 五 导致细胞凋亡 高热杀伤肿瘤细胞的重要机制之一就是引起细胞凋亡 高温不仅能诱导正常细 胞凋亡 而且能诱导肿瘤细胞凋亡 从凋亡的强度和持续时间来看 二者之间 存在差异 以肿瘤细胞敏感性为高 由于细胞凋亡作为主动的受基因调控的细 胞自杀过程 其诱导和抑制受遗传基因的控制 关于热诱导细胞凋亡现已证实 与多种基因参与其调控有关 1 凋亡促进基因包括野生型 p53 基因和 Fas 基因 等 2 凋亡抑制基因包括 bcl 2 突变型 p53 基因和 ICE 族的抗凋亡基因 3 双 重作用的基因包括 c myc c fos c jun 等癌基因 这些促凋亡和抑制凋亡基因 之间的调节因高热而失去平衡 直接或间接导致了肿瘤细胞的凋亡发生 高热 诱导细胞凋亡发生的另一个机理就是 DNA 受到高热伤害后在功能和空间结构上 发生了多种系列改变 启动促进凋亡基因而致凋亡发生 热休克蛋白因高热而 产生 在肿瘤细胞凋亡方面起双重作用 既可诱导肿瘤细胞凋亡 又有抗细胞 凋亡的作用 肿瘤热疗生物学原理及肿瘤治疗学定位 2 教案 东南大学临床医学院肿瘤教研室 南京 210009 李苏宜 热耐受发生机制 一 热耐受现象 生物组织在加热后 会在短时间内降低对热的敏感性 这种现象称为热耐受 是所有生物组织所共有的普遍现象 表现为第一次加温后引起细胞对再次加热 的抗拒现象热耐受的发生有一定的规律可循 可以衰退的 细胞的热耐受一般 在初次加热后 7 10H 出现 12 16H 达到最大 24H 以后开始衰退 72H 已明 显衰退 120H 几乎完全衰退 同一生物体的再次发生热耐受均与第一次发生规 律相符合 热耐受发生时 会大幅度减弱高热杀癌效应 这种减弱一般会持续 1 3d 体外 电容式射频于疗后间隔 1 天时 热耐受最明显 因而 临床上高热治疗间隔时 间多定为 3 7d 二 发生机制 普遍认为热耐受的产生主要与细胞内热休克蛋白 HSPS 合成能力的消失有关 此外与细胞的生物氧化有关 1 热休克蛋白 由于热耐受不是细胞固有的遗传特性 而是一种暂时的用于保护细胞本身免受 损伤的现象 热应激状态可诱导细胞合成一种蛋白质 热休克蛋白 heat shock protein HSP 它的基因编码末端有一段 14 个碱基的保守序列 可启动 HSP mRAN 的转录 其中 HSP70 是最保守而又最普遍的一种 HSP 通过形成细 胞浆的骨架结构 调节细胞 Na K ATP 酶活性来提高对热的耐受力 HSP 能 够保护蛋白结构免于热诱导改变 而且具恢复受损伤蛋白质结和功能完整性作 用 2 细胞的生物氧化 研究发现热耐受发生时与细胞生物氧化中过氧化物代谢有关的一些酶和氧化还 原产物水有关 包括超氧化物歧化酶 SOD 等抗氧化酶的含量和活性上升 氧 游离基因减少 这些变化均有利于细胞保护 这些变化与热耐受发生衰退同步 3 细胞膜的变化 热力可致细胞膜的胆固醇水平增高 以减少其流动性 增加其坚固性 总之 热耐受是机体自我防护的一种本能发生机制 是多基因协同的结果 十分复杂 三 影响因素 1 热剂量 目前尚没有严格意义的热剂量 这里是指加热温度及时间两个因素 的共同作用 对于非固化性的加热来说 当达到一定热损伤水平 加温后所产 生的热耐受程度几乎与加温的温度无关 而是热耐受与热损伤水平有关 热损 伤的程度越高 热耐受持续的时间也越长 其次 加热持续时间越长 热耐受 产生越晚 持续时间却越长 而加热速度则应以快速为妥 因为缓慢加温更容 易促进热耐受的产生 2 微环境 细胞处于低 PH 环境下 对热耐受的能力大打折扣 乏氧和营养不足 甚至可以热耐受不发生 同一肿块内的不同区域的恶性肿瘤细胞发生热耐受的 情况也不同 这主要与受热情况 乏氧情况 pH 值等有关 3 细胞的因素 Go 期细胞热耐受的衰退要比非 Go 期显著缓慢 在非 Go 期细胞中 G1 期细胞要 比 S 期细胞的热耐受衰退明显缓慢 目前还推测 不同组织来源的恶性肿瘤细 胞在热耐受的发生与衰退方面存在差异 四 应用对策 1 加温剂量和速度 温度达到致死剂量 加热速度增快 2 加温间隔 每周 1 2 次 两次间隔 3 7 天 4 深部肿瘤加温 使用热增敏剂 5 与放 化疗合用 加热治疗技术原理 一 高频电加热技术的生物热物理学基础 应用频率 100kMZ 以上的高频振荡电流 高频电磁波 作用于人体组织 并被组 织吸收后转变为热能 使组织升温以治疗疾病的方法称为高频透热疗法 高频 透热治疗恶性肿瘤与常规高频透热疗法的差别在于透热治癌比常规透热疗法的 剂量大数至数十倍 使肿瘤组织的温度升高至足以杀灭癌细胞 高频电磁波由射频和微波组成 射频又分为长波 中波 短波和超短波 微波 又分为分米波 厘米波和毫米波 这是一种全波形的正弦交流电波 对肌肉 神经无兴奋作用 1 人体组织的电磁学性质 各种液体组织 包括血液 淋巴液 组织间液 胃液 尿液等含有大量水分子 电解质离子 K Na CHO 等 以及带电荷的蛋白质分子 这些离子 常电荷分 子在溶液中可以导电 高频磁场下 会发生沿电力线方向快速移动或扭曲 振 动 肌肉组织除了含有以上大量的液体外 还含有细胞膜 筋膜导电阻很高的 组织 它阻挡了电磁波中直流电 低频电 中频电的通过 而高频电可以使其 容抗下降 因而可以通过 这类组织在人体内还有脂肪 皮肤 肌腱 骨膜和 骨皮质等 统统具有电介质的性质 均为直流电 低中频电的绝缘体 由于电 介质没有自由电子 也不是离子 而是带有正负电荷数量相等的分子 对外不 显电性 又称无极分子 无极分子在电场的作用下分子中带负电荷的电子向电 场正电荷一侧偏移 分子中带正电荷的质子向电场负电荷一侧偏移 发生电介 质的极化现象 此时的无极分子变成了有极分子 又称偶极子 这种由电磁场 引发的由无极分子演变而成偶极子在电场撤除后即刻恢复为无极分子 因而又 称为弹性偶极子 另一种则属真正意义的偶极子 包括水 氨基酸 短肽 核 酸等 其分子结构是有极性的 只是因为排列不规则才对外不显示常电性而已 称为硬性偶极子 人体组织还含有一些磁性成分 包括 CO2 N Fe 等顺磁性物质 还有一些逆磁 性物质 人体被置于磁场后 电磁感应发生 形成涡流 2 组织热效应机理 任何形式的电能都可以转变为热 由电能在人体组织中转变为热能 这种热称为 内源热 可能的机制有 3 种 1 欧姆耗损产热 人体组织中的电解质离子和带电荷的胶体微粒在高频电场的 作用下 随着电场极性的变化产生高速移动 形成传导电流 电流在组织中耗 损转变为热 称欧姆耗损 产热规律符合焦耳 楞次定律 Q 0 24Ivt 公式 中 Q 为热量 单位为卡 I 为电流 安培 v 为电压 伏特 t 为持续时间 秒 即组织产生的热量与电流强度 电压 通电持续时间成正比 2 介质损耗产热 高频电磁场作用下人体组织中那些弹性偶极子和硬性偶极子 产生 高速转动 形成位移电流 分子及粒子之间快速反复扭曲 振动 摩擦 而耗损产热 称介质耗损产热 3 谐共振吸收热 当高频磁场频率达到很高时 包括微波频段和远红外频段 人体组织中某些成分 水分子等 的分子固有振动频率与电磁波辐射频率相近 时 产生共振 放大这些微粒子的振动幅度 在运动过程中耗损转变为热 因 而富含水分的组织对微波和远红外线的吸收率极高 3 人体组织的热场分布 高频电作用于组织所产生的热场分布决定于高频 电的频率 作用方式和组织结构成分三大要素 直流电 低 中频固体被大量 电介质层包围而无法导入 微波透热时 组织的热场分布在相当大的程度取决 于被透热组织的含水量 入射路程含水量超过半富时 可因为谐共振吸收热而 难以达到组织深度层 其中以厘米波更显著 分米波 例如 433Mhz 热场分布 相对均匀 在射频频段中 中频透热时 在组织电阻最高和通过电流强度最大 的部位和组织产热量最大 均匀性相对超短波为差一些 这是由于后者可同时 均衡性借用欧姆耗损产热和介质损耗产热 二 高频加热的物理学基础 高频电加热根据透热热源的频率和透热技术分为射频透热和微波透热两类 1 射频射频常用频率为 8MHZ 13 56 MHZ 27 12 MHZ 和 40 68 MHZ 8 和 13 56 属中波 27 12 MHZ 是短波 40 68 MHZ 是超短波 常用导入方式有三个 电容式加热 又称电容场加热 高频电通过空气作为人体和电极之间加热的 介质 两电极板之间产生电场作用于人体 使人体接受电场的作用 由于人体 局部作为一种介质置两电机板之间 构成一个电容而得名 电感式加热 又称电磁感应法 高频电流通过表皮绝缘电缆 线圈产生交变 磁场 使组织受感应而产生感生电流 涡流 涡流在人体组织中因欧姆耗损而 产热 组织间介入法 又称组织间插置入法 多用于体内实质性脏器和巨大肿块的靶 区经皮插置射频电极 导入后因欧姆产热致靶区一定范围内发生热固化 2 微波 常用频率为 433 MHZ 915 MHZ 和 2450 MHZ 其中 433 MHZ 915 MHZ 为分米波 2450 MHZ 为厘米波 微波体外通过辐射方式向体内导入 通过 欧姆耗损 介质耗损和谐共振吸收三种方式产热 分米波时 以欧姆耗损为主 越 80 左右 介质耗损为辅 约 18 左右 谐共振吸收热甚微 厘米波时 欧姆产热与介质产热的作用份额刚好倒过来 后者可达近 70 左右 谐共振吸 收热也有所增加 因而厘米波深部穿透力弱 微波导入人体的方式有以下三种 辐射加热法 又称微波辐射法 由于微波的频率很高 已接近光波 因此微波 具有光波的某些物理特性 透热时采用似灯罩状的金属反射器 辐射器 把微 波像光波一样从辐射器射到治疗部位 自然腔道插入法 类似放疗后装的做法 用于食管癌 宫颈癌 直肠癌 鼻咽 癌等的放疗热增敏治疗 组织间介入法 同射频的组织间介入法 三 超声波生物热物理及物理特性 超声波是一种机械波 一种频率在 20kmz 以上的振动波 机械波的产生是通过 发生源使介质中的一个点振动起来以后引发邻近质点的振动 使振动以一定速 度从发生源开始由近及远的向远方传播出去 形成振动 由于质点振动方向与 传播方向平行 故超声波属纵波 1 热作用 超声波在生物体组织内传播过程中 其振动能量不断被媒介质吸收 转变为热 使媒介质的温度升高 这种能量转换过程是内生热的一种 产生热 量大小受下列因素影响 超声波剂量 剂量越大 热量越高 超声波频率 频率越高 对组织穿透越浅 吸收越多 产热量也越大 媒介质的性质 不同人体组织对超声波能量的吸收不等 因而产热量也各异 生物组织的介质粘滞性越高则半吸收层越小 组织产热量越高 一般超声产生 热作用在骨表面和结缔组织最显著 脂肪和血液最小 因而 超声波透热在组织内产热极不均匀 且有 80 左右的热量被血流带走 2 物理特性超声波在介质中传播时 强度随传播距离而剧减 称超声波的衰减 这种现象引起的原因是介质对超声波的吸收 散射衰减和声束扩散 超声波有 着明确的人体组织传导性 介质吸收 超声波在人体介质传播过程中有一部分声能不可逆转换为其他能量 形式 物理学上使用半价层 又称半吸收层 概念来表示超声波能量在人体组 织中衰减一半时该组织的厚度 散射衰减 人体组织各种密度不同 在不同介质交界面上 会有超声波聚集 同时有一部分散射衰减 声束扩散 声波向传播轴两旁扩散引起单位面积上声波能量的减少 超声波另一个重要特性就是可聚焦性 在物理学上的处理手段包括曲面聚焦 声透镜聚焦 声反射镜聚焦和谐共振聚焦 超声聚焦可使声束聚集在焦点上 产生巨大能量 经体外导入人体靶病灶达到热固化效果 3 高强度聚焦超声技术 这项技术就是利用了超声波的上述人体组织穿透 性和可聚焦性 且聚焦后可形成一个大小形状均相对稳定的高能量小焦斑的特 点 采用聚焦式超声波换能器将低能量超声波由体外导入体内 使聚焦点在靶 病灶引起热固化坏死的病理变化 聚焦超声技术起源于 1942 年 以后多用于外 科手术 上世纪九十年代末由中国人率先用于恶性肿瘤临床 热固化坏死机理推测有以下几点 1 瞬间高热 焦点区域温度瞬间升至 65 100 使组织凝固坏死 2 强大的机械力 聚焦后的超声波声强通常都超过 300w cm2 由于其系正 玄机械波 可在瞬间对靶细胞进行施压 挤榨与膨胀交替变化 致细胞破坏 3 空化效应 靶区组织中存在的微小气泡在强大的超声波 声强 2000w cm2 作用下被激活 表现为振荡 生长 收缩 崩溃等一系列改变 导 致细胞空化 4 声化学效应 声波可以改变细胞器的各种生化反应的正常进程 从而导 致细胞正常代谢受到干扰 5 抗血管效应 聚焦超声可直接破坏小于 0 2mm 的肿瘤血管 并导致微血栓 的形成 四 红外线生物热物理原理 红外线在电磁波谱上介与微波和可见光之间 属毫米波和微米波 波长在 0 75 1000um 由于从波谱图上看 它正好位于红色可见光之外 故称红外线 红外线具有电磁波的一般属性 它可以在均匀介质中沿着直线传播 在两种不 同介质的交接面上 它会受到界面的反射和折射 它在不均匀介质中传播时会 受到散射 临床应用中常将红外线分为近红外线和远红外线 前者又称为短波 红外线 是在光谱图上最靠近可视红光的一部分 波长 4um 相反 远离可见 红光的红外线为远红外线 波长相对近红外线较长 1 产热机理 红外线也是一种电磁波 红外辐射的频率和分子热运动的频 率相一致时 入射的红外辐射就被物体分子吸收 能够发射红外线的物体也能 吸收红外线 发射本领越强 吸收本领越强 物体分子吸收红外辐射后 自身 的热运动得到加强 表现为物体温度的升高 这是由于物质构成的基本元素是 原子和分子 他们皆由带电粒子组成 平时保持中性的原因是由于电荷的分布 通常是不均匀和无极性规则的 最典型的就是水分子和二氧化碳分子 红外辐 射时 分子之间会发生相互作用 发生振动 转移和摩擦 且十分剧烈 因而 产热 2 远红外线的传输 红外辐射在任何介质中传输都会受到介质的吸收 散 射和反射 不同介质具有不同的红外辐射传输特性 在太阳光谱中 能够透过 大气层到达地面的红外线仅有 3 个波段 即 0 75 2 5um 3 5um 和 8 13um 这是由于大气中富含氧 氮等具有对称结构的分子在传输路径上的干 扰所致 也与大气中富含二氧化碳 水蒸气和臭氧对红外线的吸收有关 3 红外线的人体吸收 人体对红外辐射的吸收比起大气更为复杂 人体由 外向里 由皮肤 脂肪 肌肉 筋膜 内膜等多种介质组成 红外线照射体表 一部分被反射 另一部分被吸收 皮肤对红外线的反射程度与皮肤色素沉着状 况有关 无色素沉着的皮肤可将入射红外线反射 55 62 有色素沉着的皮肤 可将红外线反射 42 左右 当皮肤充血时反射迅速降低到 14 人体皮肤对红 外线的平均反射为 34 人体皮肤对红外线的散射极微可忽略不计 皮下结缔 组织是一道