超声聚焦空化效应看治疗安全和有效性

超声聚焦的生物学效应主要有3个：机械效应,如超声理疗中的微按摩等；热效应,用以将肿瘤进行热消融；空化效应，由于空化效益可以产生多种生物学效应，也被用于治疗；前两个效益比较容易理解，后一个效益比较负责，本文主要讲述这个效应的原理和临床应用。

空化效应最早于1894年被发现，大约20年后有很多人开始了空化效应的研究，大致上的理论认为物体内部中内源性或外源性微气泡(空化核)在超声作用下发生振荡、膨胀、收缩及内爆等一系列动力学过程，在此过程中会出现空泡，同时在超声作用下空泡会生长、收缩和爆炸等现象，会在局部产生高温（几千度）和高压（几十个大气压）的破坏，利用这种破坏可以达到破碎局部组织的作用。

空化效应在实验室里可以产生单个空化空泡和空化云（大量小空化泡），根据实验室的数据，必须达到一定的超声能量阈值和局部产生足够的负压阈值才能在组织中产生空化作用；在早期的超声聚焦理论中，空化作用是不可控的，同时也是在治疗过程中需要避免的（这也是为什么海扶利用空化作用来监控治疗效果被认为是不科学的地方）。近期有一些研究在研究空化效应的控制，比如利用双频率超声（一个高频和一个低频；或者也有通过两种方式脉冲超声波来形成的）来产生空化和控制空化范围，但是这些研究目前都处于比较基础的阶段，如果要做到完全控制空化的大小是输出能量还是非常难的。由于形成空化云可以在超声影像上进行显像，现在也有研究根据空化云的超声回声强度来测量空化效应的能量大小，并由此技术来指导治疗时需要的空化范围和能量大小的。当空化云形成以后，也存在一个问题，那就是超声波能量会被空化云吸收而导致超声能量无法穿透到空化云后方，这会限制超声聚焦对于感兴趣区的全面治疗。目前使用超声聚焦空化效应的国际研究比较多的集中在几个方面，一是组织销毁技术（主要利用空化效应将组织破坏，用于血栓去除等应用，部分技术从超声碎石技术发展而来）；二是用于药物和基因局部传递上，利用空化效应打破细胞膜，增加药物和基因转化到细胞内的比例，以此用于临床上需要增加药物传递和基因传递。

当然还有国内的HIFU（海扶）公司，利用空化效应来进行超声聚焦治疗，根据海扶公司的说法，利用空化效应一是可以增加热治疗的效果，其次可以通过超声来判断治疗效果，对于这两点实际上存在的安全和疗效问题也是目前海扶被主要诟病的地方。第一条，关于空化效应增加热治疗的效果，最大的问题在于空化效应一旦产生，超声波聚焦就无法穿透空化云，因此后续的超声波能量只会聚焦在空化云前面，因此很容易导致空化云后方的治疗不足，引起治疗效果不佳；其次空化云对于能量的控制如果仅仅使用单一频率的超声波进行是无法控制空化云的进一步的生长和能量释放的，这会导致空化云能量的释放具有随机性，也就是说对于局部温度上升具有随机性，不能保证均匀的加热，导致有的地方治疗过度，而有的地方治疗不足；因此利用产生空化云的方式来进行治疗，存在治疗效果不确定的问题，而这一问题也是被临床诟病的地方，很多病人经过HIFU治疗后效果不明显很大原因是由于空化云产生的位置导致治疗不完全。其次，利用超声观察空化云的产生可以观察疗效是否可靠呢？由于产生空化后对于超声能量的吸收大大增加，因此在空化云附近的温度会上升较高，如果无法测定温度，实际上可能导致治疗范围远大于空化云范围，如果空化云在重要组织周围，很有可能造成重要组织的破坏，因此空化云范围和真正的温度治疗范围并不是等同的，这方面的差异可能带来一些安全隐患，这是容易导致一些治疗后并发症的主要原因。

因此根据空化云的形成机理和超声成像显示，我们需要研究的是如果能稳定产生超声聚焦后空化云产生的机理，保证我们在需要的地方产生空化云，而在不需要的时候不产生空化云；同时我们需要一个使用超声影像监测空化云的变化的功能，利用空化云对于超声能量反射的不同确定可能的升温范围，以此利用空化云进行治疗指导才是一个精确治疗的技术，可以规避治疗的不足和并发症问题。而目前关于如何利用空化云帮助加快治疗和测定治疗效果的方式都还在研究之中，这方面的技术还有待发展；因此在目前的超声聚焦治疗中，还是主要通过温度进行治疗，而是用温度控制也就成为了一个超声聚焦治疗中必须的环节，这也是现阶段必须使用磁共振引导超声波聚焦治疗的重要原因。

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