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转载 磁波治疗(磁共振引导超声波聚焦)百年回顾

周慷 主治医师 北京协和医院 放射科
2016-11-10 371人已读
周慷 主治医师
北京协和医院

磁共振引导超声波聚焦技术百年回顾
超声检查目前是医疗上非常常见的技术,我们上医院看病或者体检经常会被要求进行相关检查,其实医疗上关于超声还有另外一个技术目前经常出现在我们的视野之内——就是超声聚焦技术,这个技术的发展过程已经有几十年近百年的历史,今天我们就来简单回顾这一历史发展过程。

常规使用超声检查
早期历史:
早期的超声波研究历史可以追述到1800年左右,当时有人开始研究超声波的物理属性,并总结了超声波的反射等基本原理;第一个被认可的超声波发射装置是在1915年被发明和使用的,当时发明该设备的目的是想发现沉在海底的Titanic号;1926年科学家已经在研究中发现了超声波特殊生物学效应,当时提出可能是由于超声波聚焦形成的;1935年通过聚焦超声波实验在体外发现了超声波聚焦后产生热效应、空化效应等多种物理现象;1942年Lynn等人利用聚焦超声进行了动物实验,证明可以使用聚焦超声在生物体内进行无创伤通路的深层热消融;50年代,Dr. Fry和Dr. Leksell(这位是有名的伽马刀的发明者之一)在开颅的情况下,使用聚焦超声来进行神经外科手术研究。这些研究都是非常基础的,因为很多聚焦超声的生物学效应都在被尝试用来进行治疗,经过这些尝试后,最后大家明确了一点就是要利用聚焦超声的热效应进行治疗,因为这个效应在生物体内相对可控,是一个比较理想的治疗工具。

发展阶段
到上世纪60年代开始,逐步开始有更多研究者将聚焦超声应用于体内的各种肿瘤治疗手段,他们首先在动物上尝试治疗,获得理想的结果后开始在人体试验;在这一过程中,大家发现超声聚焦使用的最大问题是在体内不可控,科学家无法判断聚焦点的位置和效果情况。因此在此基础上发展出了影像引导超声聚焦治疗设备(当时是使用超声引导)和人体浅表组织超声聚焦治疗设备(现在超声聚焦美容就是这个技术发展起来的)。但是这些设备解决了部分定位问题后,其临床实验的效果并不理想,因为科学家无法检测超声聚焦点的治疗温度,因此无法形成稳定的治疗效果,这直接限制了这个技术的推广应用。当时还有一些研究为了检测聚焦点温度变化,通过插入探针的办法来了解聚焦点的温度变化,不过正是因为插入了探针知道体内温度变化后才发现,聚焦点的温度大小和治疗范围具有特别大的变动范围,因为这个聚焦点的温度变化会受到各种因素影响,从动物基础体温变化,动物体内的血流变化,探头的轻微移动造成聚焦角度变化等。这一阶段大家又明确了一个关键点,就是聚焦超声的治疗一定需要有一个办法进行检测和监控,其中难点在于如何无创的检测人体内温度的变化。
逐步成熟期
上世纪医学影像技术上有两个技术获得了诺贝尔奖,一个是CT,另外一个就是MR(磁共振);这两个技术是在上世纪70-80年代逐步使用到临床的,而在1988年产生了一个很关键的技术就是利用此共振成像可以测量生物体内的温度,而且温度测量的准确性还很高,可以达到±0.2℃,这就使得利用磁共振进行温度检测成为了可能;当磁共振测温技术发展出来以后,很多超声聚焦专家就认为只要将两种技术结合就可以产生一种安全无创的治疗技术。

技术发展到这一步似乎可以画上一个句号了,但是另外的问题又出来了,磁共振成像本身对这个技术又有限制了,其一磁共振成像速度不够快,要达到实时检测体内温度变化需要在几秒钟进行一个全面的温度检测;磁共振成像对运动比较敏感是第二个问题,如果治疗过程中器官是运动的,那么也无法准确检测温度变化;最后,怎么把超声聚焦设备做成防磁设备,同时应用到磁共振那么小的检查空间是一个工程上的问题。这些问题的全面解决直到这个世纪初才得到完善解决,一方面磁共振设备发展了,成像速度大幅提高,其次选用了相对静止的器官作为治疗靶器官(子宫肌瘤),解决了运动问题,这样就成功生产出了可以商业应用的设备——磁共振引导超声聚焦治疗仪。

进一步发展
2004年美国FDA批准了磁共振引导超声聚焦治疗可以应用于子宫肌瘤治疗,这是这一技术的第一个商业产品;做出产品很可贵,最少证明了这个方法是可行的,而且这个技术发展到这个地步,也吸引了大量的眼球,大家都很看好这个技术,给这个技术非常多的荣誉,我们可以看看这个技术都获得了什么奖项:

2004年获得华尔街技术创新奖
2004年获得欧盟应用科学和工程协会大奖
2005年获得影像诊断技术大奖
2008年获得世界经济论坛技术创新奖
2011年被时代杂志评选为21世纪最大50发明之一
可以看到不论是技术层面还是社会层面对于这一技术的发明都是给予了高度的评价,但是如果仅仅局限于子宫肌瘤的治疗这个技术的应用就受到了限制,因此获得更多的应用是这个技术发展的关键。根据两个产品(磁共振和聚焦超声)的特点,2012年FDA又批准了该技术可以应用于骨转移瘤的治疗,时隔8年这个技术又迈出了关键的一步,而今年2016年又批准了用于帕金森振颤的治疗,使得神经系统的应用就开始了,这个技术通过颅骨进行脑内核团的损毁以此进行无创的帕金森治疗。从这里可以看到这个技术未来的发展前景是非常巨大的!

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