医学超声基础之l-高强度聚焦超声原理及临床应用v3

生物医学超声基础

—高强度聚焦超声原理及临床应用2025年4月主讲人：牛金海目录Contents1HIFU原理2HIFU系统及测温引导技术3HIFU临床应用4HIFU的综合评价5小结1、HIFU原理

早在1942年Lynn，就提出了高强度聚焦超声(highintensityfocusedultrasound：HIFU)的概念；1958年Fry将HIFU技术用于开颅治疗Parkinson病的实验研究（开颅,耗时14h），发现超声波束可以在机体选定的深度产生一个较好的焦域破坏靶组织又不损伤邻近组织。20世纪90年代末国内将HIFU用于抗早孕，率先将该技术用于临床治疗肝癌、乳腺癌等疾病。1、HIFU原理

HIFU：“能够将超声波束聚焦从而使靶组织生热致其消融，而不损伤周围健康结构的一种治疗技术”（美国聚焦外科公司和印第安那大学医学院）1、HIFU原理

对低MHz量级频率的超声束在人体外进行聚焦，使焦点的声强高达几千至几万W/c㎡。声束以体表可以接受的低声强进入人体，使焦点置于靶组织（如肿瘤）

上，短时间（0.5s~5s）辐照使靶组织温升到60℃以上致其急性热坏死（necrosis）又不伤及周围的正常组织。1、HIFU原理

1、HIFU原理

目录Contents1HIFU原理2HIFU系统及测温引导技术3HIFU临床应用4HIFU的综合评价5小结2、HIFU系统及测温引导技术

2.1HIFU的系统架构1、操控台2、引导系统，如诊断B超3、主机及治疗聚焦探头4、治疗床5、水循环系统等2、HIFU系统及测温引导技术

2、HIFU系统及测温引导技术

2、HIFU系统及测温引导技术

2.2HIFU对乳腺，肝脏，子宫肿瘤的治疗方案2、HIFU系统及测温引导技术

HIFU对肝脏肿瘤的治疗2、HIFU系统及测温引导技术

轴向位移径向位移相控聚焦方式通过电子控制实现超声束旋转，替代传统的机械扫描方式；可以产生多个焦点，扩大加热范围，有利于治疗较大体积组织；可以对目标选择性定位，避免人体组织不均匀造成的焦点偏移等。2.3相控HIFU的技术优势2、HIFU系统及测温引导技术

2.3HIFU的测温引导技术1）超声引导测温2、HIFU系统及测温引导技术

2、HIFU系统及测温引导技术

2、HIFU系统及测温引导技术

2）MRI测温引导

2、HIFU系统及测温引导技术

2、HIFU系统及测温引导技术

图15-24MRI引导的聚焦超声治疗子宫纤维瘤示意图（采用ExAblate2000机器），（A）治疗前的MRI图像；（B）HIFU可以辐照到的区域；（C）HIFU治疗之后的MRI图像，箭头所指是HIFU焦斑区域。目录Contents1HIFU原理2HIFU系统及测温引导技术3HIFU临床应用4HIFU的综合评价5小结3、HIFU临床应用

3.1HIFU技术的生物效应主要包括:热效应空化效应机械效应对化疗的增强作用诱导肿瘤细胞凋亡提高机体免疫机能3、HIFU临床应用

3.2泌尿系统的应用Foster等用频率为4MHz的换能器在垂直于尿道的平面上辐照形成焦斑,组织解剖发现凝固坏死区被严格限制在照射区内,而直肠粘膜、固有肌层、膀胱等都没有受到影响。Madersbacher用HIFU治疗36个前列腺增生病例,总的治疗时间是37±14min。结果为:6个月后,尿流率平均增加了60%,前列腺体积下降55%。HIFU治疗后明显的副作用是尿潴留,但对直肠没有损害。上面结果说明:HIFU技术可成功地对前列腺进行热杀伤和消肿,但治疗后应进行长期跟踪检查。3、HIFU临床应用

3.3乳腺肿瘤的应用动物实验和临床实验表面HIFU对乳腺肿瘤有良好的疗效。2002年曹友德再次报道了HIFU照射乳腺癌后,乳腺癌组织的PCNA、CD44V6、MMP-9等蛋白表达情况,深层次地探讨了HIFU对癌细胞的生物学行为的影响。实验结果发现HIFU照射后的乳腺癌组织细胞,失去了增殖、粘附及分泌金属蛋白酶的能力,且靶区内细胞的端粒酶活性降低,接近阴性水平,说明这些细胞失去了永生化特点,失去了恶性行为的能力。3、HIFU临床应用

乳腺癌海扶治疗前后对比3、HIFU临床应用

3.4肝脏肿瘤的应用

HIFU用于肝癌的研究较多,目前的研究结果表明,HIFU在肝癌的治疗中具有一定的可行性,是一种较好的治疗方法。

早期动物实验表明HIFU可杀死肝癌细胞，同时也具有抑制肝癌细胞生长的作用。1991年Yang用Morris大鼠肝癌细胞3924A植入大鼠肝脏,获得肝癌的动物模型后,用4MHz的换能器、550W/cm2

声强照射大鼠的肝脏,结果发现HIFU可明显抑制肝癌细胞的生长。1997年王智彪报道了HIFU对香猪的正常肝组织的定位损伤情况。他用工作频率0.8MHz,声强1200W/cm2

的HIFU超声能量,辐照香猪肝脏,结果发现HIFU不仅可造成肝脏的组织细胞凝固性坏死,而且超声波所通过的各层组织及靶点外的组织均无损伤。这一研究结果为HIFU肿瘤治疗系统用于临床奠定了理论基础。3、HIFU临床应用

3、HIFU临床应用

3.5骨肉瘤的应用由于骨组织与周围组织声阻抗差异大,形成强烈的反射,引起骨旁组织内高温,使得这些组织易损伤,且进一步影响声波的穿透性;骨组织使超声波急剧衰减,因而超声很难穿透骨骼。既往认为,HIFU不适宜骨组织的肿瘤治疗。但当骨骼在病理情况下,如骨肉瘤,骨骼被破坏,声衰减会变小,声束便易于穿过。这就使得HIFU治疗骨肿瘤成为可能。2001年,陈文直等报道了HIFU对骨肿瘤的动物实验研究结果。结果显示靶区骨肿瘤细胞凝固性坏死。同年该作者又报道了HIFU用于恶性骨肿瘤的初步治疗情况:对5例骨肿瘤患者于截肢手术前,用HIFU照射,观察了HIFU对骨肿瘤的有效性和安全性,结果发现当HIFU治疗频率为0.8MHz、治疗时间为5250～7569s时,治疗后,患者的症状如疼痛、邻近关节的活动度等都有不同程度的缓解或改善;而肉眼看靶区组织灰白色、无光泽;光镜下肿瘤细胞核固缩、细胞间隙增宽等。作者认为,HIFU治疗骨肿瘤具有效性和可行性。3、HIFU临床应用

治疗前治疗后10月骨肉瘤是一种恶性肿瘤，通常不能治愈，HIFU也许只能缓解症状，延长生存率。目录Contents1HIFU原理2HIFU系统及测温引导技术3HIFU临床应用4HIFU的综合评价5思考题4、HIFU的综合评价

4.1.HIFU治疗肿瘤的优势1)温度高升温快。70℃时细胞灭活时间为0.25s,而在100℃温度下细胞灭活时间仅为0.1s。2)精确度高。一般不超过10个细胞的宽度。3)超声刀治疗肿瘤的无创伤性。对机体没有类似X射线、γ-射线所致的电离辐射。4)适应症广泛、治疗肿瘤体积大。几乎包括了腹腔、盆腔内各种脏器的实体瘤。5)超声刀治疗肿瘤与放化疗有协同作用。6)超声刀治疗可降低肿瘤的复发与转移。4、HIFU的综合评价

4.2HIFU的局限性

近年来HIFU临床应用的实践证明,它不仅安全、有效，大部分治疗可作到微创或无创；但是，尚有许多问题有待解决…难以完全杀死靶区癌细胞脏器的运动和影像学的限制影响HIFU的精确定位无前瞻性试验验证HIFU治疗的有效性含气腔道及骨性组织的影响尚未出现能实际运用的无创实时测温系统4、HIFU的综合评价

4.3HIFU的技术演进

HIFU技术特点与局限性并存，需要客观理性对待，同时，HIFU还有许多研究工作需要完成,特别是HIFU剂量学研究目前尚在起步阶段,还没有一个较为明确的剂量指导临床医生工作;HIFU治疗过程中的准确定位、适时监控以及随访都是影像学研究中还有待提高和完善的方面。目录Contents1HIFU原理2HIFU系统及测温引导技术3HIFU临床应用4HIFU的综合评价5思考题5、思考题

一、是非题：HIFU声场的分析可以不考虑超声非线性效应。通常HIFU焦区与非焦区的边界有1000多个细胞尺寸。HIFU焦区的升温速度很快，通常只需60秒就能达到65摄氏度以上。相控HIFU的优势是可以多焦点治疗，并且焦点改变比较灵活。HIFU肿瘤治疗过程中，不需要对治疗区域进行温度监控。温热疗法比HIFU治疗对温度的监控精度要求更高。HIFU聚焦系统