高強度聚焦超聲消融術在腫瘤治療方面的應用進展

賈淑平 趙亮 蔣荷娟 天津北大醫療海洋石油醫院超聲科 （天津 300452）

內容提要：高強度聚焦超聲（High Intensity Focuse Ultrasound，HIFU）是利用超聲波束具有方向性、可聚焦性、穿透性等物理特性，將體外高強度的超聲波通過聚焦換能器聚焦于體內的病變組織，導致靶組織蛋白質變性發生不可逆的凝固性壞死，而靶區以外組織極少或無明顯損傷，從而達到無創治療的目的。歷經20余年的發展，目前聚焦超聲消融技術己廣泛應用于多種良惡性腫瘤，如子宮肌瘤、乳腺纖維瘤、肝癌、乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌、腎臟腫瘤、骨腫瘤、軟組織腫瘤等，為腫瘤治療提供了一種安全、有效、精確、無創的治療方法。本文主要介紹了HIFU的基本原理，超聲消融設備的基本構造，并簡要論述了HIFU在肝癌、子宮肌瘤、胰腺癌等疾病中的應用。

高強度聚焦超聲（High Intensity Focuse Ultrasound，HIFU）是在超聲監控下，通過體外機械運動，使焦點實現在體內由點、面、體的切割，從而實現三維適形性治療，在消融靶區的同時保留周圍正常組織，由于不用開刀，對正常組織損傷較小，患者恢復快，可明顯縮短住院時間，副作用小，且治療過程中可實時對病灶進行監測，特別適用于腫瘤術后復發或年老體弱不能耐受手術、藥物效果不佳的患者[1-3]。大量研究發現HIFU治療能顯著改善患者疼痛、厭食等癥狀，減輕患者痛苦，改善患者生存質量，是20世紀末新興的腫瘤無創治療技術[4-7]。

1.HIFU消融術的基本原理

1.1 熱效應

一定高強度的超聲波在組織內傳播時，不斷被組織吸收而轉變為熱量，使組織溫度迅速升高，在焦點區形成高溫（達到65～100?C），組織中的癌細胞就會產生不可逆性壞死，達到外科手術的效果。該凝固性壞死區域會產生一個很銳利的邊界，既對靶區組織起到直接殺傷破壞的作用，又不損傷周圍正常組織。

1.2 機械效應

機械效應是超聲的原發效應，在超聲作用下組織細胞高頻震動，當超過組織彈性極限時，可以引起細胞漿流動，蛋白質變形、細胞功能改變，DNA大分子降解及蛋白質變性，從而損傷組織。

1.3 空化效應

超聲的空化效應是指超聲作用下生物組織及其液體中的微小氣泡在變大、收縮的一系列快速重復性動力學過程中，當聲強超過閾值時，空泡將會急劇震蕩，體積發生劇變以至猝滅，從而產生局部高溫、高壓等現象。

1.4 免疫效應

壞死的腫瘤組織，能起到刺激人體免疫的作用。研究證明，超聲消融還可阻斷腫瘤血管的再生，并能夠誘發人體抗腫瘤的免疫功能[8]。

2.HIFU治療系統設備

HIFU治療設備一般由以下部分組成包括：①醫生工作站：包括系統工作站及影像監控系統，主要提供操作平臺，并在治療過程中實時影像監控。對腫瘤進行診斷、定位，在治療中實時反饋治療情況；②掃描運動裝置：在計算機控制下，治療頭可在X、Y、Z三維坐標上移動及繞三個坐標軸旋轉角度，實現六維調節治療頭掃描運動功能，使焦域處于病灶確定部位；③治療床：用于承載患者，協助調整體位；④治療頭：含超聲發射發生裝置和顯像定位探頭，輸出用于治療的HIFU；⑤水處理裝置：分為前置水處理和后置水處理，為盡可能減少聲波在傳遞中的衰減，前置水要求微粒＜2μm，電導率＜10μS/cm，后置水要求含氣量＜5μg/L，且符合治療所需的溫度。

3.HIFU在肝臟腫瘤中的應用

3.1 治療方法

患者體位根據治療部位進行調整，使超聲束從較理想的途徑進入病灶內。治療介質為脫氣水。依據彩超掃查情況，明確腫瘤的位置、數量、大小及與臨近組織的關系，確定治療范圍、次數、制定治療方案（根治性或姑息性）。確定焦點后，固定體位，治療探頭作X、Y、Z方向運動，由點到面再到體的三維適形性治療，由深至淺，治療各切面靶組織，直至覆蓋預定治療范圍，避免殘留。術中注意觀察治療患者的呼吸、心率、皮膚變化，實時監測焦點的位置、灰度變化及血流情況，及時調整治療劑量及焦點位置。

3.2 應用舉例

許利劫等[9]對77例伴血管侵犯原發性肝癌的病例進行研究，比較HIFU治療前、后HIFU治療組和非HIFU治療組增強CT或MRI等影像學變化及AFP陽性患者AFP值的變化，發現37例HIFU治療組患者病灶均有一定消融，最大消融率為98%，AFP值較HIFU治療前降低亦具有統計學意義。37例患者均未發生嚴重不良反應，得出結論HIFU能消融伴血管侵犯的肝癌，是伴血管侵犯原發性肝癌患者的可選擇的一種安全有效的治療方法。

4.HIFU在子宮肌瘤中應用

4.1 治療方法

治療前通過彩色超聲了解肌瘤的位置、大小、形態、內部回聲及血流信息。體位固定后，啟動定位監視系統，定位肌瘤靶區，將靶區分成多個連續的治療切面，通過點、線、面的組合，由深至淺，完成對靶區的適形性消融治療。在治療過程中，根據腫瘤變化情況及患者反應進行實時調整，并將治療后靶區超聲圖像與治療前采集的圖像對比，回聲明顯增強時為治療有效。

4.2 應用舉例

祝寶讓等[2]通過對97個子宮肌瘤進行超聲消融治療，術后1個月通過增強MRI進行療效評估，分為顯效（消融率＞50%），有效（消融率＜50%）兩個等級。分析肌瘤不同大小、位置、患者年齡、類型等對治療效果的影響，發現血流豐富的肌瘤，消融的療效越差；前壁的子宮肌瘤療效較后壁肌瘤好；肌瘤越大，越利于能量沉積，HIFU治療效果越好。孫成鳳等[10]將增強型T2*加權血管成像ESWAN應用于25例（34枚子宮肌瘤）肌瘤HIFU術前、后的對比，發現HIFU治療后腫瘤出現凝固性壞死，組織順磁性降低，為臨床觀察評價HIFU術后組織變化提供了新的視角。

5.HIFU在胰腺癌治療中的應用

胰腺屬于腹膜后位器官，胰腺癌惡性程度高，臨床確診時往往已局部進展，失去根治性手術機會[11]。研究發現胰腺具有內分泌和外分泌的功能且有一定的自我修復能力[12]。敖瀾等[13]通過檢測聚焦超聲消融后大鼠胰腺組織凝固性壞死區組織學結構變化及Tie-2受體mRNA的表達，發現FUS輻照SD大鼠胰腺后1個月出現新生血管，3～6個月后損傷灶見大量新生血管結構，Tie-2的表達量也于消融后3個月時達到最大，這些發現為一些血管性疾病的治療帶來了新的思路。熊六林等[14]在治療21例晚期胰腺癌時發現，HIFU可將胰腺癌組織殺死或抑制其生長，患者的疼痛癥狀可明顯減輕，生活質量可以得到明顯改善。由于胰腺位置靠后，聲能大量衰減造成腫瘤靶區溫升降低，熱效應不足以引起腫瘤組織發生凝固性壞死，但可以抑制腫瘤的生長，延遲死亡。HIFU與化療聯合應用治療胰腺癌時，通過HIFU對原發腫瘤的物理破壞可減少患者疼痛，提高生活質量[15]。劉瑞琦等[16]研究發現HIFU聯合吉西他濱及奧沙利鉑化療治療胰腺癌可顯著提高臨床療效，改善臨床收益率。

6.HIFU在瘢痕妊娠及其他方面的應用

HIFU治療瘢痕妊娠的機制是將高強度的超聲能量聚焦于孕囊內的胚胎或包塊及周邊的滋養血管，局部產生瞬間高溫，通過熱效應、空化效應、機械效應等生物學效應，使局部出現凝固性壞死，隨著照射時間延長，血管內膜發生壞死，內皮細胞脫落，血管彈性膜暴露，激活內、外源性凝血機制，最終引起血流動力學改變，血流RI升高，所以可通過測量血流RI的變化來評價HIFU的療效[17]。朱劍芳等[18]通過經腹及經陰道彩超觀察20例子宮瘢痕妊娠患者HIFU治療前、后1周和4周的孕囊、胚芽及卵黃囊大小、包塊的大小形態和邊緣、瘢痕妊娠處肌層厚度、病灶內血供變化，特別是對病變周邊血流阻力指數及血人絨毛膜促性腺激素值進行統計分析，發現HIFU治療CSP后孕囊及包塊回聲增強，部分心管搏動消失，4周后血流信號明顯減少或無血流，周邊血流RI增高，瘢痕處子宮肌層厚度逐漸，為臨床治療提供參考依據。因此HIFU治療早期瘢痕妊娠，對保全子宮、保留生育功能，提升生活質量有重要意義。

有學者對HIFU治療的前列腺癌患者隨訪，97%的患者前列腺特異性抗原維持在低水平。鄒建中等[19]報道37例乳腺癌經HIFU治療，可以精確定位癌變組織，周圍正常結構如皮膚、胸大肌及肺組織未受到損傷，治療安全有效。

7.HIFU的優勢和不足

HIFU是一種安全有效的物理治療方法，是一種不出血、無輻射、無明顯副作用的外科腫瘤治療新技術；能盡可能保留患者的正常組織和功能，精確破壞腫瘤組織；同時HIFU的使用并不排斥傳統的治療方法，與放、化療聯合，具有協同或增敏的作用；適用癥廣泛，對年老體弱，有其他器官并發癥及明顯手術禁忌癥的患者、對放化療不敏感、對術后復發不愿再次手術治療的患者均適用；可多次重復治療，達到抗腫瘤目的。不足之處在于含氣空腔臟器的腫瘤及中樞系統的腫瘤不適用，治療通道中存在靜脈栓子和顯著動脈硬化鈣化及嚴重凝血功能障礙的患者禁忌。暫時發熱、局部疼痛及皮膚灼傷是最常見的并發癥，嚴格掌握治療適應癥和治療劑量、規范操作可減少治療引發的損傷。

HIFU治療作為一種新型治療技術，已經成功應用于實質性腫瘤和非腫瘤治療，可延長患者生命，改善生活質量。目前HIFU無損測溫、實時監控成像及評價技術還需進一步解決和標準化，相信隨著基礎研究的逐步深化，HIFU治療方法將運用于更多的臨床治療中。