高强度聚焦超声消融术在肿瘤治疗方面的应用进展

贾淑平 赵亮 蒋荷娟 天津北大医疗海洋石油医院超声科 （天津 300452）

内容提要：高强度聚焦超声（High Intensity Focuse Ultrasound，HIFU）是利用超声波束具有方向性、可聚焦性、穿透性等物理特性，将体外高强度的超声波通过聚焦换能器聚焦于体内的病变组织，导致靶组织蛋白质变性发生不可逆的凝固性坏死，而靶区以外组织极少或无明显损伤，从而达到无创治疗的目的。历经20余年的发展，目前聚焦超声消融技术己广泛应用于多种良恶性肿瘤，如子宫肌瘤、乳腺纤维瘤、肝癌、乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌、肾脏肿瘤、骨肿瘤、软组织肿瘤等，为肿瘤治疗提供了一种安全、有效、精确、无创的治疗方法。本文主要介绍了HIFU的基本原理，超声消融设备的基本构造，并简要论述了HIFU在肝癌、子宫肌瘤、胰腺癌等疾病中的应用。

高强度聚焦超声（High Intensity Focuse Ultrasound，HIFU）是在超声监控下，通过体外机械运动，使焦点实现在体内由点、面、体的切割，从而实现三维适形性治疗，在消融靶区的同时保留周围正常组织，由于不用开刀，对正常组织损伤较小，患者恢复快，可明显缩短住院时间，副作用小，且治疗过程中可实时对病灶进行监测，特别适用于肿瘤术后复发或年老体弱不能耐受手术、药物效果不佳的患者[1-3]。大量研究发现HIFU治疗能显著改善患者疼痛、厌食等症状，减轻患者痛苦，改善患者生存质量，是20世纪末新兴的肿瘤无创治疗技术[4-7]。

1.HIFU消融术的基本原理

1.1 热效应

一定高强度的超声波在组织内传播时，不断被组织吸收而转变为热量，使组织温度迅速升高，在焦点区形成高温（达到65～100˚C），组织中的癌细胞就会产生不可逆性坏死，达到外科手术的效果。该凝固性坏死区域会产生一个很锐利的边界，既对靶区组织起到直接杀伤破坏的作用，又不损伤周围正常组织。

1.2 机械效应

机械效应是超声的原发效应，在超声作用下组织细胞高频震动，当超过组织弹性极限时，可以引起细胞浆流动，蛋白质变形、细胞功能改变，DNA大分子降解及蛋白质变性，从而损伤组织。

1.3 空化效应

超声的空化效应是指超声作用下生物组织及其液体中的微小气泡在变大、收缩的一系列快速重复性动力学过程中，当声强超过阈值时，空泡将会急剧震荡，体积发生剧变以至猝灭，从而产生局部高温、高压等现象。

1.4 免疫效应

坏死的肿瘤组织，能起到刺激人体免疫的作用。研究证明，超声消融还可阻断肿瘤血管的再生，并能够诱发人体抗肿瘤的免疫功能[8]。

2.HIFU治疗系统设备

HIFU治疗设备一般由以下部分组成包括：①医生工作站：包括系统工作站及影像监控系统，主要提供操作平台，并在治疗过程中实时影像监控。对肿瘤进行诊断、定位，在治疗中实时反馈治疗情况；②扫描运动装置：在计算机控制下，治疗头可在X、Y、Z三维坐标上移动及绕三个坐标轴旋转角度，实现六维调节治疗头扫描运动功能，使焦域处于病灶确定部位；③治疗床：用于承载患者，协助调整体位；④治疗头：含超声发射发生装置和显像定位探头，输出用于治疗的HIFU；⑤水处理装置：分为前置水处理和后置水处理，为尽可能减少声波在传递中的衰减，前置水要求微粒＜2μm，电导率＜10μS/cm，后置水要求含气量＜5μg/L，且符合治疗所需的温度。

3.HIFU在肝脏肿瘤中的应用

3.1 治疗方法

患者体位根据治疗部位进行调整，使超声束从较理想的途径进入病灶内。治疗介质为脱气水。依据彩超扫查情况，明确肿瘤的位置、数量、大小及与临近组织的关系，确定治疗范围、次数、制定治疗方案（根治性或姑息性）。确定焦点后，固定体位，治疗探头作X、Y、Z方向运动，由点到面再到体的三维适形性治疗，由深至浅，治疗各切面靶组织，直至覆盖预定治疗范围，避免残留。术中注意观察治疗患者的呼吸、心率、皮肤变化，实时监测焦点的位置、灰度变化及血流情况，及时调整治疗剂量及焦点位置。

3.2 应用举例

许利劫等[9]对77例伴血管侵犯原发性肝癌的病例进行研究，比较HIFU治疗前、后HIFU治疗组和非HIFU治疗组增强CT或MRI等影像学变化及AFP阳性患者AFP值的变化，发现37例HIFU治疗组患者病灶均有一定消融，最大消融率为98%，AFP值较HIFU治疗前降低亦具有统计学意义。37例患者均未发生严重不良反应，得出结论HIFU能消融伴血管侵犯的肝癌，是伴血管侵犯原发性肝癌患者的可选择的一种安全有效的治疗方法。

4.HIFU在子宫肌瘤中应用

4.1 治疗方法

治疗前通过彩色超声了解肌瘤的位置、大小、形态、内部回声及血流信息。体位固定后，启动定位监视系统，定位肌瘤靶区，将靶区分成多个连续的治疗切面，通过点、线、面的组合，由深至浅，完成对靶区的适形性消融治疗。在治疗过程中，根据肿瘤变化情况及患者反应进行实时调整，并将治疗后靶区超声图像与治疗前采集的图像对比，回声明显增强时为治疗有效。

4.2 应用举例

祝宝让等[2]通过对97个子宫肌瘤进行超声消融治疗，术后1个月通过增强MRI进行疗效评估，分为显效（消融率＞50%），有效（消融率＜50%）两个等级。分析肌瘤不同大小、位置、患者年龄、类型等对治疗效果的影响，发现血流丰富的肌瘤，消融的疗效越差；前壁的子宫肌瘤疗效较后壁肌瘤好；肌瘤越大，越利于能量沉积，HIFU治疗效果越好。孙成凤等[10]将增强型T2*加权血管成像ESWAN应用于25例（34枚子宫肌瘤）肌瘤HIFU术前、后的对比，发现HIFU治疗后肿瘤出现凝固性坏死，组织顺磁性降低，为临床观察评价HIFU术后组织变化提供了新的视角。

5.HIFU在胰腺癌治疗中的应用

胰腺属于腹膜后位器官，胰腺癌恶性程度高，临床确诊时往往已局部进展，失去根治性手术机会[11]。研究发现胰腺具有内分泌和外分泌的功能且有一定的自我修复能力[12]。敖澜等[13]通过检测聚焦超声消融后大鼠胰腺组织凝固性坏死区组织学结构变化及Tie-2受体mRNA的表达，发现FUS辐照SD大鼠胰腺后1个月出现新生血管，3～6个月后损伤灶见大量新生血管结构，Tie-2的表达量也于消融后3个月时达到最大，这些发现为一些血管性疾病的治疗带来了新的思路。熊六林等[14]在治疗21例晚期胰腺癌时发现，HIFU可将胰腺癌组织杀死或抑制其生长，患者的疼痛症状可明显减轻，生活质量可以得到明显改善。由于胰腺位置靠后，声能大量衰减造成肿瘤靶区温升降低，热效应不足以引起肿瘤组织发生凝固性坏死，但可以抑制肿瘤的生长，延迟死亡。HIFU与化疗联合应用治疗胰腺癌时，通过HIFU对原发肿瘤的物理破坏可减少患者疼痛，提高生活质量[15]。刘瑞琦等[16]研究发现HIFU联合吉西他滨及奥沙利铂化疗治疗胰腺癌可显著提高临床疗效，改善临床收益率。

6.HIFU在瘢痕妊娠及其他方面的应用

HIFU治疗瘢痕妊娠的机制是将高强度的超声能量聚焦于孕囊内的胚胎或包块及周边的滋养血管，局部产生瞬间高温，通过热效应、空化效应、机械效应等生物学效应，使局部出现凝固性坏死，随着照射时间延长，血管内膜发生坏死，内皮细胞脱落，血管弹性膜暴露，激活内、外源性凝血机制，最终引起血流动力学改变，血流RI升高，所以可通过测量血流RI的变化来评价HIFU的疗效[17]。朱剑芳等[18]通过经腹及经阴道彩超观察20例子宫瘢痕妊娠患者HIFU治疗前、后1周和4周的孕囊、胚芽及卵黄囊大小、包块的大小形态和边缘、瘢痕妊娠处肌层厚度、病灶内血供变化，特别是对病变周边血流阻力指数及血人绒毛膜促性腺激素值进行统计分析，发现HIFU治疗CSP后孕囊及包块回声增强，部分心管搏动消失，4周后血流信号明显减少或无血流，周边血流RI增高，瘢痕处子宫肌层厚度逐渐，为临床治疗提供参考依据。因此HIFU治疗早期瘢痕妊娠，对保全子宫、保留生育功能，提升生活质量有重要意义。

有学者对HIFU治疗的前列腺癌患者随访，97%的患者前列腺特异性抗原维持在低水平。邹建中等[19]报道37例乳腺癌经HIFU治疗，可以精确定位癌变组织，周围正常结构如皮肤、胸大肌及肺组织未受到损伤，治疗安全有效。

7.HIFU的优势和不足

HIFU是一种安全有效的物理治疗方法，是一种不出血、无辐射、无明显副作用的外科肿瘤治疗新技术；能尽可能保留患者的正常组织和功能，精确破坏肿瘤组织；同时HIFU的使用并不排斥传统的治疗方法，与放、化疗联合，具有协同或增敏的作用；适用症广泛，对年老体弱，有其他器官并发症及明显手术禁忌症的患者、对放化疗不敏感、对术后复发不愿再次手术治疗的患者均适用；可多次重复治疗，达到抗肿瘤目的。不足之处在于含气空腔脏器的肿瘤及中枢系统的肿瘤不适用，治疗通道中存在静脉栓子和显著动脉硬化钙化及严重凝血功能障碍的患者禁忌。暂时发热、局部疼痛及皮肤灼伤是最常见的并发症，严格掌握治疗适应症和治疗剂量、规范操作可减少治疗引发的损伤。

HIFU治疗作为一种新型治疗技术，已经成功应用于实质性肿瘤和非肿瘤治疗，可延长患者生命，改善生活质量。目前HIFU无损测温、实时监控成像及评价技术还需进一步解决和标准化，相信随着基础研究的逐步深化，HIFU治疗方法将运用于更多的临床治疗中。