HIFU技术中的超声空化及空化增强效应研究进展精

Progress of ultras onic cavitati on and cavitatio n -in duced enhan ceme nt effect

in high inten sity focused ultraso und

REN X i ao -l o ng , ZH O U X i ao -do ng *

(D ep ar tme nt o f Ultr aso und , X ij ing H osp ital , the Four th M ilitar y M edical Univ er sity , X i ' an 710032, China [Abstract] U ltr asonic cav itation is o ne of pr edo minant mecha ni sms in high inten sit y focused ultr aso und (H IFU tr eatme nt. Eff icie nt ly -in duced ultr asonic cav itati on can be used to in crease the co agulat ed vo lume and enhance the ther apeutic efficie ncy

of H IFU. Rece nt studies hav e show n that micro bubble co ntr ast ag ents ar e impo rtant facto rs in enhancing the therapeut ic ef -ficiency o f H IFU. T hey have po tent ial to act as cav itation nuclei and ar e likely to low er t he tissue damag e thr eshold and cause a g reater coag ulated vo lume. A long with the development of H IFU efficiency enhancement studies, HIF U will be mo re effec -t ive and pow erful in clinical tumo r tr eat ment.

[Key words] H ig h inten sity focused ultraso und; Con trast media, microbubbles; Cav itation; I mag e enhancement

HIFU技术中的超声空化及空化增强效应研究进展

任小龙综述，周晓东*审校

(第四军医大学西京医院超声科，陕西西安710032

[摘要]超声空化效应是高强度聚焦超声(HI FU治疗中的重要效应之一，有效诱导并且利用超声空化效应可以增加HIF U辐照后的组织凝固范围和提高HIF U疗

效。微泡造影剂被确认为是提高H IFU疗效的一种重要增效剂，其作用就是作为超

声空化效应的空化核，降低聚焦超声对组织的损伤阈值从而可以扩大组织的凝固范围。随

着对H IFU增效作用的研究进展，H IFU技术必将更加高效、安全，成为临床治疗肿瘤的有力武器。［关键词］高强度聚焦超声；造影剂,微泡；空化效应；图像增强

［中图分类号］R445. 1 ［文献标识码］A ［文章编号］1003-3289(2006 02-0310-03

［基金项目］本课题为国家自然科学基金资助项目(30570489。［作者简介］任小龙(1970-,男，甘肃人，博士，副主任医师。研究方向：超声诊断及介入治疗。E -

mail:renxiaolong70@hotmail. com ［通讯作者］周晓东,第四军医大学西京医院超声科, 710032。E -mail:zhoux d@fmm u. edu. cn

［收稿日期］2005-07-10 ［修回日期］2005-10-10

近年来，高强度聚焦超声(high -intensit y focused ult ra -sound, H IFU作为一种治

疗深部肿瘤的无创技术，日益受到人们的重视。目前，H IFU技术已经应用于肝脏、肾脏、胰腺、直肠、前列腺、乳腺、骨骼、皮肤、子宫等部位的肿瘤治疗。其中经直肠治疗前列腺癌是国外H IFU技术临床应用的主要领域,近年来在实际临床中积累了许多新方法和新思路［1］。自上世纪90年代以来，我国学者利用H IFU技术对肝癌、乳腺癌以及其他一些恶性肿瘤做了大量的临床实验及组织学和病理学等方面的研究,并获得了较为理想的结果。结果表明，H IFU技术对腹盆腔进展期恶性实体肿瘤、子宫肌瘤和前列腺肥大是一种安全有效的治疗技术。无创、没有化疗和放疗的副作用。成为继手术、放化疗之后的又一种新型、有效的肿瘤治疗手段。作为临床肿瘤治疗的一种新技术，H IFU正在

成为国内外治疗肿瘤的热点之一。

1 H IFU无创治疗肿瘤的机制

上世纪50年代人们就发现，如果超声束携带足够能量且高度集中，就可使局部组织中的温度升高引起组织坏死且不损伤周围组织。研究表明，H IFU消融组织是

通过热效应和空化效应来实现的。与传统的热疗不同，H IFU能在1秒钟内使靶组

织温度迅速升高至65以上,导致蛋白变性，使靶组织发生不可逆凝固性坏死而逐渐被机化、溶解吸收或纤维化［2, 10］。其显著特点是对靶区组织起直接破坏杀伤作用

而不损伤周围正常组织。研究表明：在空间上，从凝固性坏死中心向外，温度梯度十分陡峭。而组织病理学发现，凝固性坏死区与其以外的区域有一条清楚的边界，不超过50 m,仅含5~7层细胞。说明H IFU对组织的损伤具有很高的精确性和可控性, 具有刀的特征。在深部组织准确定位是H IFU成功治疗肿瘤的关键，亦是H IFU无

创性热切除肿瘤的基础。2超声空化效应的产生及其生物学效应

超声空化是超声生物学的重要效应之一，是指液体中存在的微小气泡在超声波作用下产生的振荡、膨胀、收缩以至内爆等一系列动力学过程。液体中存在的微小气泡称为空化

310中国医学影像技术2006年第22卷第2期Ch in J M ed Imagi ng Techn ol, 2006, Vol 22, No 2

负压相时，存在于液体中的空化核迅速膨胀，随即又在正压相下突然收缩以致崩溃,当气体的体积收缩到极小时，其温度可高达数千度，气泡中的水蒸汽被分解为H +和OH -自由基，自由基又迅速与其他成分发生化学反应。此外在空化泡崩溃时还伴随有声致发光、冲击波及高速射流等现象的发生，这也是超声空化产生生物效应的物理基础［3, 11］。

超声空化效应是有效集聚能量的一种方式。它能把声场中低能量密度变换为气泡内部及其周围高能量密度。能量被聚焦到极小的体积内，在气泡爆裂和振动时产

生强烈的作用，

并能引起机体、细胞以及微生物的损伤和破坏作用［3］

。实验证明，空化效应可以完全抑制细胞的生长，改变细胞膜的脂质双分子层结构，增加细胞膜的通透性，增加化疗药物的细胞毒性；损伤细胞DNA,使其单、双链断裂，促进细胞凋亡；通过以上作用，达到抑制细胞增殖的目的［3,6］。研究发现，卵巢癌细胞受非致死剂量超声辐照后，观察其超微结构发现大部分受辐照细胞形态学变化不明显,部分细胞线粒体肿胀、嵴断裂，胞浆内出现空泡，分析认为非致死剂量超声可能通过空化效应而致卵巢癌细胞线粒体损伤。