目前各種常用腫瘤熱療設(shè)備的種類、技術(shù)原理及特點(diǎn)

         腫瘤熱療設(shè)備所使用的熱源主要有微波、射頻、超聲波、激光、以及紅外光等。 目前在臨床上已使用的有：普通功率的微波熱療設(shè)備；高功率微波熱療設(shè)備；高功率射頻深部熱療設(shè)備；超聲深部熱療設(shè)備和高能聚焦超聲消融（HIFU）設(shè)備；射頻、徽波消融毆備、激光治療設(shè)備和紅外全身熱療設(shè)備。

         一、普通微波類熱療機(jī)

         自20世紀(jì)80年代中期以來，國(guó)內(nèi)初用于臨床的腫瘤熱療設(shè)備是普通功率的微 波熱療機(jī)，頻率多為915MHz和2450MHz。 這類設(shè)備的工作原理是：微波是高速變化的電磁波，而人體內(nèi)各種組織與體液無不由分子、離子組成，大的如蛋白質(zhì)、DNA、RNA，分子量可達(dá)數(shù)百萬；小的如水， 以及正離子Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+和負(fù)離子如c諺、HC01、cl等；體內(nèi)除 這類帶電離子外，還存在大量的極性分子（即分子內(nèi)的正負(fù)電荷雖然等值異號(hào)，對(duì)外不呈現(xiàn)帶電性質(zhì)，但在正負(fù)電荷的位置處于兩端形成一個(gè)電耦極矩），當(dāng)組織受到外加電磁場(chǎng)作用后，組織內(nèi)的自由電子、離子就向其極性相反的方向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生歐姆 熱。
         當(dāng)兩個(gè)電極正負(fù)極性變化非常快時(shí)，離子和極性分子來不及跟隨交變電場(chǎng)迅速的變化而產(chǎn)生分子扭動(dòng)，分子扭動(dòng)產(chǎn)生分子摩擦，由于摩擦而產(chǎn)生熱。微波作用于機(jī)體后，組織中的正負(fù)離子積極性分子，在電場(chǎng)的頻率變化很快時(shí)分子產(chǎn)生扭動(dòng)摩擦產(chǎn)熱。 微波的波長(zhǎng)從數(shù)厘米到數(shù)分米，渡K愈短方向性愈好，愈容易為人工控制；反之，波 長(zhǎng)愈妊方向性愈差，而不易受人為的控制。醫(yī)用電磁渡的頻章是433MHz、915MHz和 2450MHz，三者的方向性依次序漸好，但組織穿透力漸差。
         一般而言，433MHz在富含 水的生物組織巾的物理穿透深度約是3.57cm，915MHz的物理穿透深度約為3.04cm． 2450MHz的物理穿透深度大致1.70cm。這里的穿透深度是指平面波時(shí)微波為組織吸收的情況，即微波的強(qiáng)度減為表面強(qiáng)度的1/e（即37%）時(shí)所需要的厚度。因受其有效加熱深度的限制，故這類設(shè)備主要用于表淺腫瘤如淺表淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等的局部熱療和直 腸癌、宮頸癌、鼻咽癌及口腔掘等的腔內(nèi)熱療，以及組織問熱療。所選擇的治療溫度 多為43℃- 47℃，有效治療時(shí)間45 - 60分鐘。以往的實(shí)驗(yàn)及臨床結(jié)果報(bào)道認(rèn)為與放療 聯(lián)合使用的療效較單純放療增加1.4倍，即其熱增強(qiáng)比大約1.4。

         二、高能微波類熱療機(jī)

         前已述，醫(yī)用常用微波熱療頻率2450MHz、915MHz、433MHz，它們?cè)诳諝庵械牟?長(zhǎng)分別為1225cm、32.80cm、69.3cm。微波電磁渡振幅隨傳播深度增加I睡衰減，大部分能量消耗在體表附近，與射頻不山的是這種衰減在脂肪層不明顯，因而不會(huì)出現(xiàn)脂肪層過熱現(xiàn)象。但在進(jìn)入肌肉組織后能量會(huì)急劇衰減，故普通微波難以進(jìn)行深部加溫。 為克服微波體外加溫中有效加熱深度受限以增加微波治療的有效深皮，一雌國(guó)家對(duì)高 能微波技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。
         在微波多輻射器技術(shù)方而，日本將單個(gè)微波輻射器予 以改造采用微波聚焦的原理，研制出微波透鏡，所用的頻率為430MHZ，在體模和小豬 的實(shí)驗(yàn)中均表明有效加溫深度可達(dá)5cm。其臨床初步報(bào)道也引人注目：在94例腫瘤的373次治療中，對(duì)直徑為2.9 -7.0cm、深度小于2~5cm的腫瘤，瘤中心溫度超過42℃ 的占68%。我國(guó)在此方面也了大量的研究工作，目前已有注冊(cè)的高能微波深部熱療產(chǎn)晶，所采用的頻率以915MHz和2450MHz為主。前者所使用的是大功率聚束、低頻 脈沖調(diào)制技術(shù)；后者采用的是大功率脈沖調(diào)制、多探頭聚焦技術(shù)。 
         經(jīng)改良后的915MHz高功率聚束微波腫痛熱療機(jī)，在設(shè)計(jì)叫使用r高功率微波透 鏡，通過透鏡天線的作用，能將初級(jí)輻射源的弱方向性電磁渡聚集為銳方向性電磁波束，使入射的微波功率密度增加，當(dāng)微波穿透到3cm后雖幅度降到l/e，但剩余能量仍有對(duì)深部組織進(jìn)行加熱的能力，從而能較好的解決較深部位有效加溫問題。又由于治療時(shí)機(jī)體暴露在微波輻射下的范圍較廣，因此能在較短的時(shí)間內(nèi)將體溫升至有效治 療溫度。
         此外，由于治療機(jī)頭與皮膚間需要保持20 - 30cm左右的距離以保證波束聚集空間，結(jié)果由于空氣的熱平衡作用而使表皮升溫得到緩解，從而較少引發(fā)加溫時(shí)的皮膚灼傷。體模實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該類設(shè)備具備有效深部加溫能力；同時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及較長(zhǎng)的臨床觀察顯示，在進(jìn)行有效深部加溫時(shí)，對(duì)重要組織臟器沒有出現(xiàn)明顯的 損傷。 2450MHz微波一般穿透到l.7cm后能量衰減到無法再對(duì)組織進(jìn)行加溫，若需增加有效加熱深度，以達(dá)到對(duì)深部腫瘸進(jìn)行加溫的作用，則必須通過提高入射能量以提高 其作用強(qiáng)度，但這樣做的后果有可能導(dǎo)致因皮膚喪層微波能量過高發(fā)生灼傷，腹部臟 器對(duì)微波能量吸收敏感、散熱功能差而產(chǎn)生損傷。但若采用多探頭聚焦、大功率脈沖調(diào)制技術(shù)的產(chǎn)品，則可通過多個(gè)輻射器分時(shí)、聚焦后高功率發(fā)射，使高峰值入射功率 較普通微波熱療機(jī)的入射功率提高了幾十倍，從而達(dá)到對(duì)深部組織進(jìn)行有效加溫的 作用。

         三、高功率射頻深部熱療機(jī)

         射頻屬于電磁波中的短波，醫(yī)學(xué)上常用的上作頻率為13.56MHz及其倍數(shù)頻率27.12MHz、40.68MHz等。射頻產(chǎn)熱的原理與微波基本相同，一種是組織中的自由電 子、離子等帶電粒子沿電場(chǎng)或逆電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生焦耳熱；另一種是組織中大量的極 性分子會(huì)在交變電磁場(chǎng)中隨電磁場(chǎng)方向的變化快速扭動(dòng)』扯生分子摩擦而牛熱。由t環(huán) 同組織的介電常數(shù)不同，在組織界面如肌肉與脂肪的界面會(huì)產(chǎn)牛過熱。
         電容式射頻加 溫的物理特點(diǎn)是：
         ①兩極板加熱場(chǎng)分布主要靠電容大小調(diào)整，主要熱場(chǎng)靠近小極板… 側(cè)，當(dāng)電極面積增大日與極板問距相近時(shí)，熱場(chǎng)分布均勻；
         ②靠近電極附近熱場(chǎng)不均勻，防止的辦法是增加水袋。根據(jù)電磁渡的特點(diǎn)，頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，列組織 的穿透力較深；
         反之，頻率越高，波長(zhǎng)越短，則穿透深度較淺，崮此，較微波向言， 射頻對(duì)人體組織穿透力較強(qiáng)，臨床上一般用于深部加溫治療，高功率剁頻熱療機(jī)是先用于深部加溫的熱療設(shè)備，日產(chǎn)RF- 8型熱療機(jī)就屬于此類產(chǎn)品。該機(jī)特點(diǎn)是所用 頻率為8MHz，故加溫深度深；但脂肪過熱現(xiàn)象明顯，皮下脂肪稍厚一監(jiān)的病人難以耐 受治療。為減輕副作用，該設(shè)備采用循環(huán)益水冷卻加熱區(qū)的皮膚及皮下組織，國(guó)內(nèi)一些醫(yī)療單位較早期使用的深部熱療機(jī)即是該產(chǎn)品。而后，我國(guó)白行研發(fā)了13 56MHz、 27 12MHz、40 68MHz等不同頻率的高功率射頻熱療機(jī)。其中所采用的40 68MHz四極同頻分時(shí)加溫方式的高功率劓頻熱療機(jī)，較好的改善了治療中的脂肪過熱現(xiàn)象，更好 地解決脂肪過熱、且其加溫速率較艤極式設(shè)備更快。13 56M地的高功率射頻熱療機(jī)在 工程上較易實(shí)現(xiàn)，但總體陛能遜于40.68MHz的高功率剁頻熱療機(jī)。
         近年，美國(guó)研制了 雙饋線復(fù)合式輻射器，采用75 - 120MHz的可調(diào)高頻電磁渡稱之為Sigma eye的新近改進(jìn)輻射器，開發(fā)丁立體環(huán)形矩陣加溫的BSD - 2000產(chǎn)品，并輔以熱療治療計(jì)劃系統(tǒng)和 磁共振測(cè)溫裝置，將新的理念帶人到腫瘤熱療設(shè)備中。

         四、組織間熱療技術(shù)

         組織間熱療的出現(xiàn)是源于某些特殊部位不便從體外加溫，如顱內(nèi)以及某些深部腫 瘤術(shù)中發(fā)現(xiàn)不易切除，因此便將放療中的組織閫放療的方法嫁接到熱療中來。傳統(tǒng)的組織間熱療的方法主要有微波組織間熱療、射頻組織問熱療干¨熱介導(dǎo)治療，所使用的 治療溫度多在45℃以下，與放療聯(lián)合使用。前二者日前已用于臨床，但由于操作較為繁瑣，患者接受該治療時(shí)需耍麻醉和進(jìn)行微創(chuàng)，加之組織間近距離放療在國(guó)內(nèi)開展也不夠普及，因此使用者不多。近年來，組織間熱療的治療溫度發(fā)生了觀念上的改變， 更多地使用了65℃以上的超高溫治療的溫度段，有關(guān)內(nèi)容見微創(chuàng)熱消融技術(shù)所述。

         五、微創(chuàng)熱消融技術(shù)

         20世紀(jì)90年代，微創(chuàng)熱消融治療技術(shù)迅速必起，其特點(diǎn)是經(jīng)過單次或按照治療程序設(shè)計(jì)分次熱消融，將腫瘤全部燒灼破壞。這是腫瘤非手術(shù)治療的歷史性雨大進(jìn)展。 目前，熱消融治療在臨床應(yīng)用的主要方法有：激光、射頻、微波及高強(qiáng)聚焦超聲等。

         （一）激光消融治療與光動(dòng)力療法

         腫瘤的靶向治療是惡性腫瘤治療的發(fā)展方向，其研究與開發(fā)正在成為當(dāng)前國(guó)際生命科學(xué)界的熱點(diǎn)，此方面的技術(shù)涌現(xiàn)出了許多，但尚有許多問題亟待解決。激光醫(yī)學(xué) 是一門僅有四十余年發(fā)展歷史的醫(yī)學(xué)新學(xué)科，是集生物學(xué)和醫(yī)學(xué)與物理學(xué)和化學(xué)等多 學(xué)科相結(jié)合的交叉邊緣學(xué)科。激光治療按其作用機(jī)理分為強(qiáng)激光治療、弱激光治療和光動(dòng)力療法三大類。腫瘤的激光治療是激光臨床應(yīng)用的重要內(nèi)容，也是激光醫(yī)學(xué)研究 的重點(diǎn)方向之一。
         目前用于治療腫瘤的激光技術(shù)主要有強(qiáng)激光治療和光動(dòng)力療法二類。 強(qiáng)激光治療已成為腫瘤微創(chuàng)和介入治療的重要手段，對(duì)于腫瘤組織病灶的清除具有許 多傳統(tǒng)手術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)；而光動(dòng)力療法以其選擇性地殺傷腫瘤組織的特點(diǎn)在一些 發(fā)達(dá)國(guó)家被列為繼手術(shù)、放療和化療之后的第四種腫瘤治療方法。 由于激光具有方向性好、波長(zhǎng)單一、聚焦性好、高強(qiáng)度等特點(diǎn)，可作為一種手術(shù) 刀，利用激光對(duì)生物組織的熱作用和壓強(qiáng)作用，對(duì)不同類型的實(shí)體腫瘤實(shí)施切割術(shù)，或凝固術(shù)和汽化術(shù)，達(dá)到祛除腫瘤組織的治療目的，稱為腫瘤的激光外科療法。
         臨床 上常用作手術(shù)刀的激光主要有C02激光、Nd: YAC激光、Hol:YAG激光、Nd: YAP激光、Ar離子激光、半導(dǎo)體激光等等。按照作用方式強(qiáng)激光治療腫瘤可分為：①切割治療，對(duì)體積較大的腫瘤適用，切割時(shí)由于激光能直接封閉較小的動(dòng)脈、靜脈及淋巴管，使手術(shù)過程中的出血減少，因而獲得清晰的手術(shù)野，也能防止傳統(tǒng)手術(shù)中可能發(fā)生的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移；②汽化治療，主要適用于體積較小的體表腫瘤(直徑小于3cm)，其原 理是利用激光的高能量使腫瘤組織內(nèi)的水分瞬間汽化，繼而使凝固的組織蛋白炭化而 脫離機(jī)體；③凝固治療，對(duì)于皮膚和黏膜的局部小腫瘤、血管瘤、肝中轉(zhuǎn)移瘤、多發(fā) 性膀胱小癌灶等則常用激光凝固術(shù)。激光消融原理為，在組織中其光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，靶?biāo)區(qū)域溫度升高，周邊達(dá)45。c以上，維持20 - 30分鐘，造成組織中細(xì)胞的凝固壞 死，即利用激光照射使腫瘤組織的蛋白發(fā)生熱凝固而致腫瘤壞死。由于C02激光輸出 的遠(yuǎn)紅外波段激光，能被水強(qiáng)烈吸收，當(dāng)其聚焦光束投射到含水75% - 95%的生物組織上時(shí)，其能量幾乎可完全被生物組織吸收，從而產(chǎn)生高溫和熱致二次壓強(qiáng)，是組織切割和汽化治療常用的激光。同co,激光、Hol: YAG激光、Nd: YAP激光相比，Nd： YAC激光、半導(dǎo)體激光和Ar離子激光在生物組織中作用較深，對(duì)機(jī)體組織有更強(qiáng)的凝固作用，尤其是Nd: YAG激光穿透力更強(qiáng)，因此常被用于凝固治療腫瘤；而Ar離子激光、Nd: YAC激光和Nd: YAP激光止血效果更好，常被用于血管豐富腫瘤的治療。 
         目前技術(shù)改進(jìn)有：①帶冷卻系統(tǒng)的光纖柬，可避免組織碳化，獲得更大凝固范圍；②帶擴(kuò)散器的光纖，可使局部能量較均勻傳播和擴(kuò)散，以增大消融范圍。激光消融 治療的臨床應(yīng)用，目前主要在英國(guó)、德國(guó)及意大利等歐洲國(guó)家發(fā)展較快，臨床研究報(bào)道日見增多，主要用于肝腫瘤的治療。一般并發(fā)癥包括發(fā)熱、輕度胸腔積液、肝被膜下血腫、皮下血腫、氣胸、出血等。主要嚴(yán)重并發(fā)癥包括胸水、肝膿腫、膽管損傷、 葉段梗塞、出血、嚴(yán)重者可致死亡。但總體并發(fā)癥低，較為安全。 
         腫瘤的光動(dòng)力學(xué)治療（photodynamic therapy，PDT)是指光敏劑進(jìn)人人體后可有選 擇性的聚集在腫瘤組織中，被選擇性照射在腫瘤病變區(qū)域的合適波長(zhǎng)的激光激發(fā)后， 在氧的參與下，在腫瘤組織內(nèi)部發(fā)生一系列的光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一些細(xì)胞毒性物質(zhì)，主要為活性氧類物質(zhì)(reactive oxygen species，ROS)，從而發(fā)揮清除腫瘤病灶的作用。 PDT的激光照射與通常的激光手術(shù)不同。通常的激光手術(shù)足利用高能激光束所產(chǎn) 生的局部高溫，來切開、汽化或凝同病變組織，而光動(dòng)力治療中的激光照射，只起激發(fā)光敏劑的作用，能量無需太集中，不會(huì)造成照射區(qū)的明顯溫升，更不會(huì)造成組織的 熱損傷。所以PDT和傳統(tǒng)的激光手術(shù)有本質(zhì)的區(qū)別，激光手術(shù)是一種單純的物理作用過程，而光動(dòng)力治療是一種光化學(xué)反應(yīng)誘導(dǎo)的生物化學(xué)作用過程。  
         PDT治療腫瘤的機(jī)制主要有三個(gè)方面：
         ①直接殺死腫瘤細(xì)胞；
         ②破壞腫瘤組織內(nèi)的血管，阻斷腫瘤的血供；
         ③免疫調(diào)節(jié)作用。PDT選擇性殺傷腫瘤細(xì)胞的效應(yīng)主要依 賴于光敏劑在病變的腫瘤組織與正常組織之間形成的濃度差。
         PDT對(duì)照射區(qū)域微血管 的封閉作用是導(dǎo)致靶細(xì)胞損傷的另一重要機(jī)制。

         （二）射頻和微波淌融治療
         該類熱消融治療技術(shù)是指利用射頻或微波熱能使生物組織快速升溫達(dá)65℃以上，使被加溫組織在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生凝固、壞死、甚至炭化，從而達(dá)到切除或原位滅活良惡性病灶為目的的微創(chuàng)技術(shù)。 射頻消融技術(shù)的研究開始于1968年。D.Arsonval首先發(fā)現(xiàn)100kHz以上的高頻交流 電能通過活體組織而不引起神經(jīng)肌肉的興奮，并將射頻熱能消融治療技術(shù)引人神經(jīng)外科和心臟科的治療中。將射頻熱能消融治療技術(shù)引入肝癌的治療則始于20世紀(jì)舯年代。日本當(dāng)時(shí)采用的是單電極，每次熱損毀的大范圍1.6cm，故療效不佳。射頻熱能消融治療技術(shù)在腫瘤中的改進(jìn)、發(fā)展和推廣運(yùn)用是在20世紀(jì)90年代以后，通過將 設(shè)備改良使得治療效果有了明顯改善。
         E|前主要的射頻消融設(shè)備有兩類：一類為多電極針(見圖6-la)．針數(shù)為2- 10針不等，此類設(shè)備的熱凝組織范圍較大；另一類為可使冷卻的電極針(見圖6- lb)，它可消除治療中引尖處因高溫所至的碳化而對(duì)熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的不皇影響，從而保證治療區(qū)組織受熱的均勻性，并可增加加熱范圍。

         目前有報(bào)道使用射頻熱能消融治療技術(shù)的腫瘤病種有肝癌、肺癌、腎癌、盆腔腫瘤以及 乳腺癌等。其中使用多、報(bào)道多的是肝癌。 微波消融浩療指組織中微波場(chǎng)造成極性分子和離子的高頻振動(dòng)摩擦而升溫，通常升溫達(dá)54℃（1分鐘）或60℃（即刻），其細(xì)胞中的蛋白質(zhì)發(fā)生變髀凝固導(dǎo)致細(xì)胞壞 死。
         微波消融治療的臨床應(yīng)用主要在中國(guó)和日本發(fā)展較快，在實(shí)體瘤的治療中該項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展主要表現(xiàn)在以下方面：
         ①植入式微波電極的有效熱場(chǎng)球形化，包括改進(jìn)微波 電極針的裸芯長(zhǎng)度（與波長(zhǎng)相關(guān)）達(dá)到低聲阻抗傳輸來實(shí)現(xiàn)以及應(yīng)用硬質(zhì)裂隙天線，達(dá)到能量聚集其周同成球形熱場(chǎng)；
         ②微波冷卻電極，有水冷和氣冷兩種，該法可降低 中心高溫，避免碳化，有利能量傳輸，并可提高功率，顯著擴(kuò)大有效消融區(qū)；
         ③實(shí)施 多電極組合微波熱場(chǎng)的調(diào)控，根據(jù)腫塊大小，一般對(duì)5cm以內(nèi)肝腫瘤，布放微波電極2或3支并且調(diào)控不同的功率及時(shí)間，可達(dá)到整個(gè)腫痛的適形凝固滅活；
         ④建立了計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)，解決了臨床治療肝癌的微渡熱場(chǎng)預(yù)沒和治療中的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 
         目前有報(bào)道使用射頻和微波消融治療技術(shù)治療的腫瘤有：肝癌、肺癌、腎癌、盆腔腫瘤以及乳腺癌等。萁中使川多、報(bào)道多的是肝癌。有關(guān)療效報(bào)道如下：2000年美國(guó)對(duì)110例合并肝硬化的肝細(xì)胞癌患者的149個(gè)散在肝細(xì)胞癌結(jié)節(jié)進(jìn)行射頻消融 治療，治療后對(duì)病人至少追蹤12個(gè)月（中位追蹤19個(gè)月），4例(3.6%)在治療部位 出現(xiàn)復(fù)發(fā)，50例( 45 5%)發(fā)現(xiàn)新腫痛或肝外轉(zhuǎn)移，另56例(50 9%)無復(fù)發(fā)證據(jù)，未出現(xiàn)與治療相關(guān)們死亡。另一組意大利報(bào)道對(duì)114例伴有肝硬化或慢性肝炎的中等或巨大肝細(xì)胞癌腫塊病人的126個(gè)直徑>30cm的腫瘤(其巾80個(gè)直徑約3.1 - 50cm， 46個(gè)直徑5 l - 9.5cm大腫瘤，平均直徑5.4cm)，進(jìn)行了射頻消融治療。治療后60個(gè) 腫塊(47.6%)完個(gè)壞死，40個(gè)腫塊(31.7%)接近完全壞死(90% - 99%)，26個(gè)腫塊(20 6%)部分壞死(50%~ 89%)．巾等大小及無浸潤(rùn)腫蛺的治療效果明顯優(yōu)于巨 大及有浸潤(rùn)的腫塊。 
         徽創(chuàng)腫痛熱消融治療的臨床遠(yuǎn)期療效，已經(jīng)有了大量報(bào)道，基本結(jié)論一致：對(duì)早期腫痛，如小于3cm的肝癌期5年生存率幣遜于手術(shù)切除，甚至稍好。而對(duì)于某些較火腫塊的中晚期病例，具有腫痛減荷，減輕痛苦，延長(zhǎng)生命的療效。
 

六、高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)療技術(shù)超聲波是一種頻率超過人耳聽閾(頻率> 20kHz)的機(jī)械渡，它具有一定的特質(zhì)： 在傳播時(shí)方向性強(qiáng)，能量易于集中；能往各種不同媒質(zhì)中傳播，且能傳播足夠遠(yuǎn)的距 離；與傳聲媒質(zhì)的相互作用中，易于攜帶有關(guān)傳聲媒質(zhì)狀態(tài)的信息或?qū)髀暶劫|(zhì)產(chǎn)生生物效應(yīng)，因而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的診斷和治療中。作為醫(yī)用物理治療手段，當(dāng)聲源 孔徑（換能器敏感元件橫向尺寸）足夠大日頻率適當(dāng)時(shí)，超聲波具有很強(qiáng)的束射性和方向性，且能達(dá)到人體組織的深部。如采用適當(dāng)方式使之聚焦，則可在焦域（包含焦點(diǎn)，且比焦點(diǎn)處聲強(qiáng)低6dB的界而所圍成空問的體積）處獲得高聲強(qiáng)。當(dāng)其在媒質(zhì)中 傳播且強(qiáng)度足夠高時(shí)，即會(huì)使媒產(chǎn)生狀態(tài)、功能甚至結(jié)構(gòu)的改變。如所指?jìng)髀暶劫|(zhì)為人體或動(dòng)物組織，則稱這些改變?yōu)樯镄?yīng)。
         在超聲診斷中，基于蠢全性考慮，為提 高探測(cè)深度和分辨力所做的一切努力都必須以不產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)為限；而在超聲治療中則相反，為達(dá)療效，必須在治療部位產(chǎn)生所需性質(zhì)和利艘的生物學(xué)效應(yīng)，而對(duì)非治療部位則必須對(duì)聲強(qiáng)加以限制以確保安全。故超聲牛物學(xué)效應(yīng)是超聲治療的生物物理 學(xué)基礎(chǔ)。按照國(guó)際上的迄今研究結(jié)果和專業(yè)界共識(shí)，產(chǎn)生越聲生物效應(yīng)的機(jī)制包括機(jī)械、熱和空化三種，其中機(jī)械機(jī)制是原發(fā)或稱固有的，而熱和空化是派生的。生物組織和細(xì)胞在超聲作用下發(fā)生的化學(xué)等更深層次改變，應(yīng)屬于上述機(jī)制們后果而不宜稱為機(jī)制。在腫瘤熱療中，以超聲波為物理因子晌柏超聲溫?zé)嶂委熂夹g(shù)和高強(qiáng)度聚焦超聲( HIFU)熱消融技術(shù)。 
         超聲高溫治療的超聲換能器為堆個(gè)或多個(gè)聚焦換能器，常用頻率為1MHz或 3MHz，治療溫度控制在42℃- 45℃，每次加溫時(shí)間在60分鐘左右，潑種加溫方式是通過影響細(xì)胞DNA的合成和修復(fù)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的合成障礙、細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)變性，以及誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、抑制血符生成、增加細(xì)胞毒性等作用而達(dá)到 治療作用。如由Labthermics公司制造的Sonotherm - 1000的超聲換能器，它的大輻射器 由4×4個(gè)換能器平畫排列組成，每個(gè)換能輻射器塒積3.6cm×3.6cm，墩大面積15cm×15cm:小的輻射器由2×2個(gè)換能輻射器組成，面積7cm×7cm。每個(gè)換能輻射器可以分別能量輸出，大電功率為130W，頻率為l MHz或3MHz，沒有采用聚焦技術(shù)。所有換能器必須同時(shí)用一種頻率，但可以同時(shí)改變頻率，借以改變深度；16個(gè)換能器可 以同時(shí)工作，也可以4個(gè)或少數(shù)兒個(gè)工作，用以改變加溫范圍，而不是采用機(jī)械掃捕 的方法改變加溫區(qū)的大小。 
         高強(qiáng)度聚焦超聲(HIFU)熱消融技術(shù)的研究開始于1942年，由Lynn首先提出了 高強(qiáng)度聚焦超聲概念。自20肚紀(jì)80年代末開始，基于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的迅速發(fā)展，為 了尋求對(duì)前列腺占位性病變的微創(chuàng)和元?jiǎng)?chuàng)治療手段，西方發(fā)達(dá)國(guó)家首先開始了相關(guān)的 物理學(xué)和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究及治療設(shè)備研制。國(guó)內(nèi)于1995年開始介入這一領(lǐng)域，現(xiàn)已有7家企業(yè)獲準(zhǔn)生產(chǎn)該類治療設(shè)備，有關(guān)單位結(jié)合臨床做了大量工作，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。 HIFU的治療機(jī)理是，焦域處的靶組織吸收超聲波的聲能（機(jī)械能）井將其轉(zhuǎn)化為熱能，熱能將靶組織加熱迅速升溫，使達(dá)到閩值溫度（一般認(rèn)為在65℃以上）的醫(yī)域蛋白瞬時(shí)變性，腫瘤細(xì)胞發(fā)生不可逆的凝固性壞死，從而達(dá)劍治療目的。與此同時(shí)，由 于超聲通道內(nèi)的能量聚集是扇型的，加之消融區(qū)直徑小，約3 - 5nun，焦域內(nèi)外的聲強(qiáng)變化非常陡峭，靶區(qū)外的組織細(xì)胞達(dá)不到瞬間發(fā)生蛋白變性的溫度條件，這樣對(duì)周圍正常組織所產(chǎn)生的不可逆損傷可能性很小，致使在治療區(qū)與非治療區(qū)之間形成一個(gè)較銳刮的邊界，從而保證了治療的精確性和可控性。 用于超聲聚焦方式主要有單元聲透鏡聚焦、反射鏡聚焦、單元球面聚焦、多元球山由聚焦和相控陣聚焦等。
         日前國(guó)內(nèi)已在使用的有二類。
         ①大直徑單元晶片附加透鏡式換能器，由于只有一個(gè)換能器，為能使治療靶區(qū)達(dá)到可消融的能量，需要相對(duì)較大 的發(fā)射功率，否則，由于靶區(qū)血流帶走熱量、熱弛豫等原因，聚焦區(qū)不易出現(xiàn)固化灶， 因此，通常采用持續(xù)性發(fā)射方式（持續(xù)時(shí)間≥5秒）。也由于其只有一個(gè)換能器，其超 聲人路的聲束橫截面直徑較小，在治療深部病k Ht劉聲道的要求相對(duì)較低，臨床治療 比較方便。但持續(xù)性發(fā)射的治療方式會(huì)造成病人治療區(qū)疼痛及內(nèi)臟不適感，而超聲束經(jīng)皮時(shí)較窄的聲道和較強(qiáng)大的聲強(qiáng)，皮膚及路徑組織會(huì)產(chǎn)生疼痛及不適感，使得治療 需在麻醉?xiàng)l件下完成，故該方式多將治療設(shè)計(jì)成一次或兩次完成。這便是重慶海扶公 司采用的超聲聚焦換能器模式的特點(diǎn)。該設(shè)備所采用的是濕式、開放式、發(fā)射源從下發(fā)射能艟，所實(shí)施的是下置式治療的方式，患者體位處理難度較大。
         ②多元自聚焦換能器，通常由不多于10個(gè)平面或凹球面晶片嵌于球冠內(nèi)則構(gòu)成，治療時(shí)可根據(jù)需要對(duì)單一換能器和多個(gè)換能器進(jìn)行調(diào)整，脈沖式間歇性發(fā)射。這樣，聚焦路徑上所承受的 聲強(qiáng)較小(500W/cm2)，使皮膚及超聲路徑上的組織不易受損l，而聚焦點(diǎn)的能量能聚 積得較大，從而達(dá)到治療目的。隨著焦域向人體深部的推進(jìn)，體表的超聲人路聲束橫 截面積增大，治療中對(duì)于超聲人路要求提高，治療前需對(duì)通道進(jìn)行預(yù)處理。脈沖式間 歇性發(fā)射，治療脈沖窄，提高了治療的安全性，同時(shí)亦為空腔臟器的治療提供了條件。 
         在接受該法治療時(shí)，病人可耐受治療中發(fā)生的不適，不需進(jìn)行麻醉，故可避免或降低局部灼傷的發(fā)生率，同時(shí)也降低了患者的治療費(fèi)用。
         ③凹球面殼馬賽克式換能器，一般由幾十甚至幾百個(gè)品片嵌于球冠內(nèi)側(cè)構(gòu)成，要想達(dá)到高要求的聚焦，工藝上難度較 大，因此在目前它的聚焦精確性尚不如多元自聚焦換能器。它的超聲聚焦發(fā)射方式為脈沖式間歇性發(fā)射，在臨床上與多元自聚焦換能器的方式相似，聚焦后焦域處的聲強(qiáng)較大，持續(xù)發(fā)射會(huì)引起聲道及表皮損傷，因此治療所采用的也是脈沖式間歇發(fā)射方式。 
         對(duì)于高強(qiáng)度超聲聚焦治療人路要求提高，療前需剝通道進(jìn)行預(yù)處理。脈沖式間歇性發(fā)射，治療脈沖窄，提高了治療的安全性，為腹盆腔內(nèi)的空腔臟器的治療提供了條件。 由于病人可耐受療中所發(fā)生的不適，不需進(jìn)行麻醉，故可避免或降低局部灼傷的發(fā)生率。但在清醒狀態(tài)下治療，病人持續(xù)處于強(qiáng)迫性體位下的時(shí)間有限，而且作為治療耦 合媒質(zhì)的脫氣水在治療期間與空氣處于半開放接觸的狀態(tài)，隨時(shí)間延長(zhǎng)脫氣水中氣體 含量逐漸增加，使得超聲波在耦合媒質(zhì)中衰減增多，靶區(qū)達(dá)不到治療所需的溫度，故 只能多采用分次治療方式。 
         高強(qiáng)度聚焦超聲熱消融治療的效果判定，目前多采取綜合判定方法，根據(jù)患者治療前后的癥狀、體征、血液生化檢查結(jié)果、影像學(xué)檢查（如超聲圖像的回聲改變，CT或MRI，較好的是采用PET／CT進(jìn)行觀察）結(jié)果等進(jìn)行剝比分析評(píng)定。對(duì)于高強(qiáng)度超聲熱消融的適應(yīng)證目前尚存有爭(zhēng)議，臨床上已用于腹盆腔內(nèi)使用機(jī)載B超可清晰觀察腫 瘤全貌的實(shí)體腫瘤、部分體表腫瘤，如肝癌、胰腺癌、前列腺癌、腎癌、腎卜腺癌、 乳腺癌的原發(fā)病灶、平滑肌瘤、肉瘤、脂肪瘤、婦科腫瘤中的宮頸癌和陰道殘端癌以 及腹部一個(gè)或數(shù)目有限的轉(zhuǎn)移瘤；而用于膀胱癌、直腸癌、胃癌等空腔臟器的腫瘸以及溶骨性肉瘤存有爭(zhēng)議。 以往的資料顯示HIFU技術(shù)可安全治療腹盆腔腫瘤并有明顯的近期療效，其中有嫂 率肝癌82.3%、晚期胰腺癌46.2% - 89.0%、膀胱癌83.3%、直腸癌89.8%、腹部轉(zhuǎn)移瘤88 2%。

         七、紅外全身熱療設(shè)備

         作為全身加溫較為傳統(tǒng)的紅外熱療設(shè)備，以往其致命的弱點(diǎn)是升溫速率慢，長(zhǎng)時(shí)間從體表加熱而使得全身體溫上升至治療溫度，病人難以耐受，而需全程接受全麻。 由于能對(duì)人體全身加溫的0.76μm - lμm的近紅外線穿透深度約為1cm，因此如何提高 升溫速率從而使受治者能較為便利的接受治療，以及解決治療中的溫度檢測(cè)監(jiān)控，成 了該項(xiàng)治療設(shè)備的關(guān)鍵。近年來的研究使其有了新的發(fā)展，常用的紅外發(fā)熱材料有半 導(dǎo)瓷厚膜發(fā)熱、鍍膜發(fā)熱、碳晶平面發(fā)熱、合金發(fā)熱、陶瓷電熱、非金屬碳纖維發(fā)熱 等，將它們進(jìn)行重新組合，有利于發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢(shì)并彌補(bǔ)其不足。新采用射頻+紅外的設(shè)計(jì)，打破了以往的設(shè)計(jì)思路，不僅可使病人避免在全麻下接受全身熱療，而且其升溫速率較單純紅外加溫有提高，為該項(xiàng)技術(shù)注入了新的內(nèi)涵。

         八、磁感應(yīng)加溫治療技術(shù)

         該技術(shù)是指通過各種方法，使磁性熱介質(zhì)（磁性顆?；蚍N籽），適形分布于腫瘤組織中，在交變磁場(chǎng)下使材料因產(chǎn)生磁滯、馳豫或感應(yīng)渦流而生熱，產(chǎn)生治療所需要的溫度而控制腫瘤，加大腫瘤與周圍正常組織的溫差，減輕患者在治療過程中因正常組 織過度升溫而引起的并發(fā)癥，治療具有靶向性。 按照熱介質(zhì)進(jìn)入紐織的方式將磁感應(yīng)加溫分為四類。

         (l)動(dòng)脈栓塞熱療(AEH)：腫瘤的供養(yǎng)動(dòng)脈用來作為攜帶鐵磁顆粒進(jìn)入腫瘤組織的途徑。

         (2)直接注射熱療(DIH)：在置于交變磁場(chǎng)之前先將鐵磁顆粒直接注射入腫瘤組織內(nèi)。

         (3)細(xì)胞內(nèi)熱療(IH)：先將鐵磁顆粒進(jìn)行某種修飾以協(xié)助其被細(xì)胞攝取，置于交變磁場(chǎng)后這些顆粒便在腫瘤細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生熱量。

         (4)組織間植入熱療(IIH)：用外科方法將較大的鐵磁熱籽植入腫瘤組織內(nèi)再置于交變磁場(chǎng)下加熱。 按熱介質(zhì)幾何尺寸分為三個(gè)級(jí)別：①毫米級(jí)，鐵磁熱籽、腔道支架等；②微米級(jí)，鐵氧化物顆粒（如Fe3O4等）；③納米級(jí)，類似微米級(jí)，顆粒為納米級(jí)。 
         磁感應(yīng)加溫治療技術(shù)，是當(dāng)前腫瘤熱療技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)研究課題，目前國(guó)外已積累了一些臨床試驗(yàn)病例，但目前還沒有研制出能夠供臨床治療使用的交變磁場(chǎng)商業(yè)設(shè)備（如德國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)）。國(guó)內(nèi)，在一些小動(dòng)物療效實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，已具備 進(jìn)入臨床試驗(yàn)的條件，但還沒有形成深層次的規(guī)模化、系統(tǒng)化研究。