f 醫(yī)學超聲原理-第十五講 HIFU的臨床應用

第十五講高強度聚焦超聲(HIFU)的臨床應用與本PPT配套的指定教材目前，關于生物醫(yī)學超聲的參考書很多；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，壓電效應與換能器技術，超聲成像診斷原理，超聲治療技術，醫(yī)學超聲實驗，醫(yī)學超聲的最新進展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習與思考題，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，本書保留了關鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時，兼顧一定的工程技術實用性，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，換能器的匹配技術等。本書適合醫(yī)學超聲以及相關領域的本科生作教材，也可供該領域的研究生，科研及工程技術工作者參考。ContentsHIFU的生物效應1HIFU的醫(yī)學應用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，關于生物醫(yī)學超聲的參考書很多；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，壓電效應與換能器技術，超聲成像診斷原理，超聲治療技術，醫(yī)學超聲實驗，醫(yī)學超聲的最新進展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習與思考題，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，本書保留了關鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時，兼顧一定的工程技術實用性，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，換能器的匹配技術等。本書適合醫(yī)學超聲以及相關領域的本科生作教材，也可供該領域的研究生，科研及工程技術工作者參考。一、HIFU的生物效應HIFU技術的生物效應主要包括:

熱效應空化效應機械效應對化療的增強作用誘導腫瘤細胞凋亡提高機體免疫機能1.熱效應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，組織的內(nèi)摩擦粘滯消耗、熱傳導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)超聲聚焦點處形成焦點處的高強度超聲能量(幾千、甚至上萬W/cm2)區(qū)，使該區(qū)短時間內(nèi)(0.5秒~5秒)即可使靶組織升溫達65到100℃，即瞬態(tài)高溫效應。將焦點定位到體內(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，達到微創(chuàng)性地“切除”

腫瘤的目的。一般認為熱效應機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，當組織溫度升至50~60℃時，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，焦域內(nèi)溫度幾秒內(nèi)可達65℃，而43℃以上足可致腫瘤細胞不可逆損傷。2.空化效應研究表明:當超聲輻照強度超過一定值時,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,這種效應被稱為空化效應?？栈墒股锝M織產(chǎn)生自由基而損壞生物組織。組織中的空化效應應盡量避免,因為它可能使焦斑擴散且擴散點位置難以預測,因此在強度選擇和加熱時間之間需平衡考慮,加熱時間短,則焦斑體積小,可以減少血流影響,但是要求聲強度高,有可能超過空化效應的閾值,引起空化效應。3.機械效應超聲波是物質(zhì)機械振動狀態(tài)(或能量)的傳播形式，其頻率為

。高強度聚焦超聲可使受到超聲作用的組織細胞高速來回振動，強烈變化的力學作用可以破壞靶區(qū)的細胞及其支持結構，改變細胞的功能，使DNA大分子降解及酶變性等。4.對化療的增強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是許多研究試圖解決的問題。Yang的負C1300神經(jīng)母細胞瘤小鼠實驗證實:HIFU治療腫瘤與藥物具有協(xié)同作用。Yang采用HIFU頻率為4MHz、聲強為550W/cm2的超聲對小鼠進行輻照、對比實驗。結果表明: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天無瘤率分別達到53%和80%。這種增強作用的機制可能與高能沖擊波的增強機制相類似,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致清除率降低。5.誘導腫瘤細胞凋亡

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

曾報道用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系也正是超聲治療學中亟待闡明的影響。Rosberger

報道采用超聲高熱療法治療脈絡膜黑色素瘤后CD3、CD4/CD8的變化。5例治療前T細胞總數(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細胞相比于CD8細胞明顯增多,原來CD4/CD8值正常者未見明顯變化,此結果提示超聲治療可以誘發(fā)宿主細胞免疫功能加強。小鼠的腫瘤激惹實驗表明超聲治療可起主動免疫作用。Yang的“免疫-切除-激惹”

實驗發(fā)現(xiàn),采用頻率為4MHz、聲強為550W/cm2的超聲治療荷神經(jīng)母細胞瘤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,這說明超聲與機體免疫關系的同時,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，關于生物醫(yī)學超聲的參考書很多；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，壓電效應與換能器技術，超聲成像診斷原理，超聲治療技術，醫(yī)學超聲實驗，醫(yī)學超聲的最新進展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習與思考題，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，本書保留了關鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時，兼顧一定的工程技術實用性，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，換能器的匹配技術等。本書適合醫(yī)學超聲以及相關領域的本科生作教材，也可供該領域的研究生，科研及工程技術工作者參考。超聲治療對宿主抗瘤免疫的確切影響和機制尚不明確。有學者認為,由于HIFU治療時焦域內(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,更易于剌激機體免疫。局部熱療與免疫關系的研究發(fā)現(xiàn),高熱可促進腫瘤組織合成熱休克蛋白(HSP)。HSP可剌激機體免疫系統(tǒng),提高機體免疫功能。同時,超聲輻照可使細胞間粘附能力降低、使細胞更易脫落,這種作用在低頻超聲中更加明顯。二、HIFU的醫(yī)學應用高強度聚焦超聲技術已應用到許多醫(yī)學領域: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,結果發(fā)現(xiàn)下列現(xiàn)象:腦溢血、一個含有非細胞狀的錐形壞死區(qū)、液泡和神經(jīng)結構的分割破壞。實驗研究發(fā)現(xiàn);在腦細胞中,神經(jīng)細胞是最容易受超聲破壞的,而神經(jīng)膠質(zhì)細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)細胞和血管沒有受損傷。其它報道顯示:只有當焦斑中所有的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞都遭到殺傷后,血管才有可能遭到破壞。但是Bakey

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

和

Pond利用顱骨切開術,在鼠腦中重復產(chǎn)生焦斑(頻率為3MHz,照射時間為0.4s,強度為1500W/cm2)。Fry等用HIFU技術治療50名帕金森綜合癥,利用顱骨切開術和局部麻醉,使聚焦超聲穿過暴露的腦膜輻射到豆狀核袢,整個過程約14h,跟蹤結果顯示:大部分癥狀得到基本消除。盡管這些結果令人鼓舞,可能由于設備的復雜性和顱骨切開術要求過高,該治療手段似乎沒有再進一步發(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)展抑制了該技術的發(fā)展。2.眼科Lavine

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

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

發(fā)現(xiàn)高強度聚焦超聲適量照射可以降低眼壓。Coleman等報導了聚焦超聲在玻璃體、晶狀體、視網(wǎng)膜、脈絡膜上產(chǎn)生焦斑的情況。高強度聚焦超聲在眼科應用較為成功的例子是用來治療青光眼。兔子實驗表明:當聲強度超過2000W/cm2(416MHz)時,眼壓可以降低86%,組織解剖發(fā)現(xiàn):鞏膜中心變細,結膜不受影響,睫狀體中心分裂等。1982年,HIFU技術第一次對人眼進行治療,取得了令人鼓舞的結果,在880個實驗病人(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技術在其它方面的應用性實驗研究包括:淚腺缺損縫合、眼內(nèi)腫瘤治療、視網(wǎng)膜分離、玻璃體充血實驗等。然而,盡管HIFU技術在眼科上的應用進行了許多實驗研究,且取得了一些令人鼓舞的結果,但是HIFU技術在眼科上的應用沒能得到進一步研究發(fā)展,這大概由于激光治療技術在眼科上應用飛速發(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膀胱,可以對膀胱壁細胞進行有選擇的殺傷,而不損傷皮膚和其它組織。HIFU技術在泌尿科治療上的一個成功應用是對良性前列腺增生的治療。前列腺疾病發(fā)病率高,相關的并發(fā)癥也較多,所以HIFU技術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技術治療良性前列腺增生主要是減小前列腺體積,以達到緩解癥狀的目的,將來其它方面的用途會進一步開發(fā)。與本PPT配套的指定教材目前，關于生物醫(yī)學超聲的參考書很多；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，壓電效應與換能器技術，超聲成像診斷原理，超聲治療技術，醫(yī)學超聲實驗，醫(yī)學超聲的最新進展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習與思考題，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，本書保留了關鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時，兼顧一定的工程技術實用性，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，換能器的匹配技術等。本書適合醫(yī)學超聲以及相關領域的本科生作教材，也可供該領域的研究生，科研及工程技術工作者參考。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個前列腺增生病例,總的治療時間是37±14min。結果為:6個月后,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。上面結果說明:HIFU技術可成功地對前列腺進行熱殺傷和消腫,但治療后應進行長期跟蹤檢查。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。超聲刀治療是細胞水平的治療,有研究表明,細胞在40℃以下溫度時的滅活時間需要近15h,在50℃溫度時滅活時間為3min,在60℃溫度時滅活時間為3s,70℃時細胞滅活時間為0.25s,而在100℃溫度下細胞滅活時間僅為0.1s,超聲刀利用聲波轉(zhuǎn)熱能可在短時間內(nèi)使腫瘤治療部位的溫度達到70-100℃,腫瘤細胞瞬間變性壞死,在治療溫度上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的射頻,微波等熱療技術。精確度高。一般來說HIFU技術聚焦區(qū)域小,高溫范圍集中,焦區(qū)外組織溫度基本安全。實驗研究表明:在焦區(qū)與未損傷組織有著明顯的分界限,一般不超過10個細胞的寬度。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,同時由于超聲波是一種機械波,對機體沒有類似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。適應癥廣泛、治療腫瘤體積大。超聲刀由于無創(chuàng)傷等優(yōu)點，適應癥廣泛如肝癌、腸癌、腎癌、腹腔淋巴瘤、腹腔和腹膜后淋巴結轉(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發(fā)與轉(zhuǎn)移。超聲刀對腫瘤細胞是細胞水平的殺死,對周圍組織結構的完整性無影響,又無治療后毒副作用,故可以相對擴大治療范圍,殺滅腫瘤周圍的浸潤細胞,減少復發(fā)。2.泌尿系統(tǒng)腫瘤日本、美國等有多篇文章報道了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報道的在美國、加拿大、日本組成3個臨床中心對62例前列腺肥大患者進行了經(jīng)肛門HIFU治療并連續(xù)觀察1～2年的研究結果,學者們都肯定了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,提高治療過程中的實時跟蹤監(jiān)控,做到真正意義上的“精確切除”。有關HIFU對腎臟腫瘤的作用報道較少。1996年AdamsJB等用VX2兔腎癌模型,觀察了HIFU對腎腫瘤的影響,結果發(fā)現(xiàn)HIFU對腎組織有明確的殺傷作用,但那時的超聲技術和成像技術不能保證“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，關于生物醫(yī)學超聲的參考書很多；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，壓電效應與換能器技術，超聲成像診斷原理，超聲治療技術，醫(yī)學超聲實驗，醫(yī)學超聲的最新進展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習與思考題，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，本書保留了關鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時，兼顧一定的工程技術實用性，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，換能器的匹配技術等。本書適合醫(yī)學超聲以及相關領域的本科生作教材，也可供該領域的研究生，科研及工程技術工作者參考。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

聲強照射大鼠的肝臟,結果發(fā)現(xiàn)HIFU可明顯抑制肝癌細胞的生長。1997年王智彪、伍烽等分別報道用HIFU治療系統(tǒng)照射接種了H22肝癌細胞的小鼠肝臟,觀察急性生物學效應,結果亦表明HIFU能有效抑制肝癌細胞的生長。1997年王智彪報道了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1200W/cm2

的HIFU超聲能量,輻照香豬肝臟,結果發(fā)現(xiàn)HIFU不僅可造成肝臟的組織細胞凝固性壞死,而且超聲波所通過的各層組織及靶點外的組織均無損傷。這一研究結果為HIFU腫瘤治療系統(tǒng)用于臨床奠定了理論基礎。1999年,伍烽等首次報道了HIFU治療原發(fā)性肝癌的臨床研究結果。他們用重慶醫(yī)科大學醫(yī)學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)性肝癌患者進行了HIFU治療。治療系統(tǒng)的工作頻率為0.8MHz和1.6MHz,聲強為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,另一部分未做手術,觀察其有效性和安全性。手術組證實HIFU照射的預定靶區(qū)與實際治療范圍重合,可造成局部組織細胞的凝固性壞死;在未手術組,7例患者肝區(qū)疼痛緩解,進食改善,彩色多普勒超聲檢查腫瘤病灶回聲明顯增強;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。既往認為,HIFU不適宜骨組織的腫瘤治療。但當骨骼在病理情況下,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,陳文直等報道了HIFU對骨腫瘤的動物實驗研究結果。結果顯示靶區(qū)骨腫瘤細胞凝固性壞死。同年該作者又報道了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前,用HIFU照射,觀察了HIFU對骨腫瘤的有效性和安全性,結果發(fā)現(xiàn)當HIFU治療頻率為0.8MHz、治療時間為5250～7569s時,治療后,患者的癥狀如疼痛、鄰近關節(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;光鏡下腫瘤細胞核固縮、細胞間隙增寬等。作者認為,HIFU治療骨腫瘤具有效性和可行性。鄒建中等報道了用彩色多普勒引導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)結構破壞,回聲彌漫性增強,病變的透聲性增加,血供消失;在隨訪中發(fā)現(xiàn),治療后一個月左右,瘤體開始縮小,內(nèi)部回聲增強,隨后的回聲又逐漸減低至消失。作者認為彩色多普勒引導HIFU定位、適時監(jiān)控以及隨訪都是準確、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，關于生物醫(yī)學超聲的參考書很多；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，壓電效應與換能器技術，超聲成像診斷原理，超聲治療技術，醫(yī)學超聲實驗，醫(yī)學超聲的最新進展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習與思考題，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，本書保留了關鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時，兼顧一定的工程技術實用性，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，換能器的匹配技術等。本書適合醫(yī)學超聲以及相關領域的本科生作教材，也可供該領域的研究生，科研及工程技術工作者參考。治療前治療后10月5.乳腺腫瘤1998年劉長安等報道有關HIFU照射離體人乳腺腫瘤塊的情況:用工作頻率為1.6MHz,聲強為5800W/cm2

的超聲能量對16例標本進行了10s的“點打”,結果靶區(qū)內(nèi)見明確的凝固性壞死。2000年再次報道了HIFU對活體兔VX2乳腺腫瘤急性損傷的實驗結果,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的患者于手術前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)邊緣組織以細胞核碎裂、溶解為主;靶區(qū)血管內(nèi)皮細胞壞死、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)淋巴濾泡樣結構形成,同側腋窩淋巴結內(nèi)濾泡增多,生發(fā)中心擴大,竇內(nèi)組織細胞明顯增多,作者認為HIFU不僅對乳腺癌組織有直接的殺傷作用,且有增強機體局部和全身抗腫瘤免疫功能的作用。2002年曹友德再次報道了HIFU照射乳腺癌后,乳腺癌組織的PCNA、CD44V6、MMP-9等蛋白表達情況,深層次地探討了HIFU對癌細胞的生物學行為的影響。實驗結果發(fā)現(xiàn)HIFU照射后的乳腺癌組織細胞,失去了增殖、粘附及分泌金屬蛋白酶的能力,且靶區(qū)內(nèi)細胞的端粒酶活性降低,接近陰性水平,說明這些細胞失去了永生化特點,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果,即HIFU對子宮肌瘤細胞具有殺傷作用。熊正愛緊接著報道了HIFU體外定點照射猴子宮的實驗結果,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)細胞SDH、ACP、ATP、C-6-P等酶的活性情況,從細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,不僅能準確造成定位點的組織損傷,而且對周圍組織沒有明確的負面影響,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,并重點觀察了MRI在HIFU治療過程中的引導作用和MRI顯像的準確性,同時進行了MRI與病理組織學檢查的療效評價。結果不僅顯示了在MRI引導下能準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)?還需要進一步地實驗研究。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,回聲增強與本PPT配套的指定教材目前，關于生物醫(yī)學超聲的參考書很多；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，壓電效應與換能器技術，超聲成像診斷原理，超聲治療技術，醫(yī)學超聲實驗，醫(yī)學超聲的最新進展等。每章節(jié)都配置了一定量的練習與思考題，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，本書保留了關鍵專業(yè)詞匯的中英文對照。本書的特點是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同時，兼顧一定的工程技術實用性，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，換能器的匹配技術等。本書適合醫(yī)學超聲以及相關領域的本科生作教材，也可供該領域的研究生，科研及工程技術工作者參考。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驗階段,未見用于臨床的報道。臨床表現(xiàn)腫瘤標志物及血生化變化影像學變化毒副反應及并發(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)復查有5例輕度升高，2-3周復查有16例降低超過原數(shù)值的50%。在治療中應用B超實時觀察治療區(qū)靶組織回聲較前增強。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。增強時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例患者術后治療側乳房腫脹明顯,大多于術后(2～3)天迅速消退;個別患者在術后一周左右完全消退。HIFU治療后MRI檢查T1加權和T2加權相靶區(qū)信號有變化,動態(tài)增強掃描靶區(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帶。12例病人中有3例出現(xiàn)低熱。1例出現(xiàn)皮膚點狀橘皮樣變,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個月復查,部分瘤體回聲較前增強,部分回聲強弱不均,另有部分瘤體回聲強度無明顯變化。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)癌細胞臟器的運動和影像學的限制影響HIFU的精確定位無前瞻性試驗驗證HIFU治療的有效性含氣腔道及骨性組織的影響尚未出現(xiàn)能實際運用的無創(chuàng)實時測溫系統(tǒng)1.難以完全殺死靶區(qū)癌細胞這實際上是HIFU治療腫瘤能否成功的關鍵所在。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。但因為靶距過小,這個靶點常影響到下一個靶點的定位,即靶點-靶點相互作用(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)活檢證實殘留有活的腫瘤細胞。殘留的腫瘤細胞有兩種結局:可能因為缺乏血供而死亡,但更為可能的是腫瘤細胞利用組織液而生存,在新生血管長入后繼續(xù)生長。解決這一問題的關鍵在于增加聚焦點面積,減小靶距和反復多次治療。2.臟器的運動和影像學的限制影響HIFU的精確定位肝臟隨著呼吸而上下移動,任何一個小的移動都有可能大于焦點直徑;有些腫瘤在影像學上僅有密度的改變,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.無前瞻性試驗驗證HIFU治療的有效性目前,不論動物試驗還是臨床試驗都沒有與傳統(tǒng)治療腫瘤最有效的手術方法作前瞻性的比較,而這恰好是臨床醫(yī)生最為關心的問題。Yang等用HIFU單次及反復多次治療小鼠纖維母細胞瘤(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

等也得出類似結果。但實際上對于如此小的腫瘤,外科手術切除治愈率應該達到100%,遺憾的是所有的作者均未進行比較。4.含氣腔道及骨性組織的影響HIFU在某些部位的應用難以達到完全無創(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靶區(qū)。程樹群等通過肋間隙用HIFU破壞兔肝組織,結果發(fā)現(xiàn)皮膚、肺、胃、肋間隙和膈肌均出現(xiàn)灼傷。因此,HIFU在治療肝癌時不得不從肋緣下進入,限制了在肝臟某些部位的應用;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難以達到完全無創(chuàng)。5.尚未出現(xiàn)能實際運用的無創(chuàng)實時測溫系統(tǒng)靶區(qū)溫度的實時監(jiān)測對于療效的判斷、