HIFU高强度聚焦超声
谈谈HIFU—2001型高强度聚焦超声肿瘤治疗系统工作原理与特殊维修实例
谈谈HIFU—2001型高强度聚焦超声肿瘤治疗系统工作原理与特殊维修实例本文从原理入手，先介绍0～20°电路工作原理，然后根据实践经验给出了三个维修实例。
标签：高强度；聚焦；超声肿瘤；工作原理；维修实例最近中国红十字基金会在温暖中国-贫困肿瘤患者救治行动中，为我院装置了一台HIFU-2001型高强度聚焦超声肿瘤治疗机，成为广东省红十字会唯定点医院之一，使粤东医疗卫生事业发展更上一层楼。
该机特别在功能上增加了0～20°治疗盘体翻转机构。
治疗盘体部分还采用了旋转阵列聚焦结构，实现了盘体倾斜和探头旋转等功能。
探测焦点自动跟踪，定位精度高，从而发展成为当今世界最新的探测技术之一。
为了提高探测速度和对焦精度，在0～90°和0～20°电路控制方面采用了PLC中央控制器，起到了位移精度和控制灵敏度等作用。
为此，在电路上显示出线路结构简洁，带来今后维修方便等特点。
治疗盘体倾斜和旋转探头部分的控制电路系统是故障多发区。
由于控制系统的各部件，集中在治疗床下机架的前后左右中心部分，有许多行程开关及线路藏在治疗盘体下面较深层移动主体部位。
因此，有必要熟练掌握该电路系统工作原理及各机件之间的相互关系，这样，当遇到该系统出故障时，才能快速判断故障所在，避免从复翻工操作。
1 0-20°控制电路原理该电路电源由0～9号线输入24伏电压，提供给H1、H2、K10、K11四个继电器供电。
当治疗盘需要在0～20°翻转时，按下床边上的升降按钮K10（0～30）°上行继电器得电工作，这时治疗盘体上升，同时K10 （304）接点自锁，如果这时放开按钮接点也会自动升降工作。
电路中的K10（302）线接点闭合，同时减速旋转电机得电工作，K10（347）接点闭合后将0电平信号送到PLC中，使在电脑显示治疗页中”B超升降角度”一栏旁边的4个绿色指示灯亮红灯，说明了指示角度已到位。
超声技术在肿瘤治疗中的应用
超声技术在肿瘤治疗中的应用在当今医学领域，肿瘤治疗一直是备受关注的焦点。
随着科技的不断进步，各种创新的治疗方法层出不穷，其中超声技术以其独特的优势在肿瘤治疗中发挥着日益重要的作用。
超声技术，简单来说，就是利用超声波的物理特性来进行诊断和治疗的一种方法。
对于肿瘤治疗而言，它主要包括高强度聚焦超声（HIFU）、超声引导下的介入治疗以及超声造影等多种应用方式。
高强度聚焦超声（HIFU）是一种非侵入性的肿瘤治疗技术。
它就像是一把无形的“手术刀”，能够精准地将能量聚焦在肿瘤部位，通过瞬间产生的高温使肿瘤组织凝固性坏死，同时又不会损伤周围的正常组织。
这种技术对于一些位置较深、手术难以触及或者患者身体状况不适合进行传统手术的肿瘤，提供了一种新的治疗选择。
比如说，对于子宫肌瘤、前列腺癌等肿瘤，HIFU 治疗已经显示出了良好的效果。
患者不需要经历开刀的痛苦，术后恢复也相对较快。
超声引导下的介入治疗也是肿瘤治疗中的重要手段之一。
在超声的实时引导下，医生可以更准确地将药物、栓塞剂或者消融针等直接送达肿瘤部位，提高治疗的针对性和有效性。
例如，在肝癌的治疗中，通过超声引导下的经皮肝穿刺射频消融术，可以将射频电流产生的热能集中在肿瘤组织内，使肿瘤细胞变性、坏死。
而且，由于是在超声的精准引导下进行操作，大大降低了手术风险，减少了并发症的发生。
超声造影则为肿瘤的诊断和治疗评估提供了有力的支持。
它通过向体内注射特殊的造影剂，增强了超声对肿瘤组织的分辨能力，能够更清晰地显示肿瘤的大小、形态、边界以及内部的血流情况。
这不仅有助于肿瘤的早期发现和准确诊断，还可以在治疗过程中及时监测肿瘤的变化，为治疗方案的调整提供依据。
比如说，在治疗一段时间后，通过超声造影可以观察到肿瘤是否缩小、血流是否减少，从而判断治疗是否有效。
与传统的肿瘤治疗方法相比，超声技术具有许多显著的优点。
首先，它的创伤性较小。
大多数超声治疗方法不需要开刀，减少了患者的痛苦和术后并发症的风险。
聚焦超声治疗
肿瘤治疗
子宫肌瘤
聚焦超声治疗是子宫肌瘤非侵入 性治疗的手段之一，通过聚焦超 声波使肌瘤组织温度升高，达到
消融效果。
乳腺癌
聚焦超声治疗可用于乳腺癌的辅助 治疗，通过破坏肿瘤细胞膜的稳定 性，促进抗肿瘤免疫反应。
肝癌
聚焦超声治疗可应用于肝癌的局部 消融治疗，通过高温效应使肿瘤组 织坏死。
神经调控
神经性疼痛
治疗时间长
由于需要将超声波聚焦于 特定组织，治疗时间相对 较长。
需要专业操作
聚焦超声治疗需要专业的 医生和操作团队进行操作， 对技术和经验要求较高。
02
聚焦超声治疗的原理和技术
超声波的物理特性
超声波是一种机械波，具有波 长长、频率高、穿透力强等特 性。
超声波在介质中传播时，会产 生声压和声流，对介质产生力 学、热学、化学等作用。
超声波的传播速度与介质的密 度、弹性常数、声速等有关， 可用于医学成像和诊断。
聚焦超声的原理
聚焦超声是将超声波聚焦于特定区域， 产生高强度声压和声流，从而对靶组 织产生热能、机械能等作用。
聚焦超声治疗可应用于多种疾病的治 疗，如子宫肌瘤、前列腺增生等。
通过聚焦超声的原理，可以将能量集 中在小范围内，实现对靶组织的无创 或微创治疗。
择合适的脉冲重复频率。
聚焦超声治疗设备
聚焦超声治疗设备通常由超声波 发生器、治疗头、水循环冷却系
统等组成。
设备性能和参数的选择直接影响 治疗效果和安全性，因此选择合
适的设备是至关重要的。
目前市场上已有多种聚焦超声治 疗设备，如HIFU（高强度聚焦 超声）、MIST（磁波聚焦超声）
等。
03
聚焦超声治疗的应用领域
近年来，聚焦超声治疗在肿瘤治疗领域取得了显著进展，成为一种新型的非侵入性治疗方法。通过高强度聚焦超 声波，实现对肿瘤组织的精确消融，同时避免对周围正常组织的损伤。
hifu标准
HIFU（High Intensity Focused Ultrasound，高强度聚焦超声）的标准可能因不同的应用和设备而有所变化。
然而，一般来说，HIFU设备需要符合以下标准：
1.安全性：HIFU设备需要确保在使用过程中的安全性。
这包括设备的设计、制造、使用
和维护等方面。
2.有效性：HIFU设备需要能够有效地产生高强度聚焦超声，并能够在目标区域产生足够
的热量或机械效应。
3.稳定性：HIFU设备需要能够稳定地工作，并能够在长时间使用中保持性能稳定。
4.精度：HIFU设备需要能够精确地控制超声的聚焦位置和焦距，以确保治疗的准确性和
效果。
5.可用性：HIFU设备需要易于使用，并且能够提供清晰的操作指导和用户界面。
此外，对于医疗用途的HIFU设备，还需要符合相关的医疗法规和标准，如FDA（美国食品药品监督管理局）的认证和CE（欧洲共同体）认证等。
HIFU
㈡禁忌症
复旦大学附属肿瘤医院
胆肠吻合内引流术,上腹腔结构改变,超声对病灶 显示不清楚; 胰腺手术后,手术野即HIFU治疗的声通道上有金 属异物或其它医用置入物; 梗阻性黄疸,如在行胆道内支撑管引流或胆囊造 瘘外引流的情况下,则可行HIFU治疗; 肠系膜上血管被肿瘤包裹或压迫或侵犯,伴肠系 膜上静脉远端明显扩张; 声通道上的大血管有钙化、老年女性有明显骨 质疏松者HIFU治疗应谨慎; 胰腺肿瘤曾经接受过﹥45GY的放射治疗。
复旦大学附属肿瘤医院
三维适形放疗联合超声聚焦刀治疗肝癌42例 CR 9例(21.4％) ，PR 26例(61.9％) ， NC 4例(9.5％) ， PD 3例(7.1％) ， 总有效率(CR+PR)为83.3％ 1、 2 、 3年生存率分别为 88.1％、 66.7％、 40.4％
HIFU治疗大肝癌的研究 复旦大学附属肿瘤医院
复旦大学附属肿瘤医院
不同麻醉方式(/治疗参数)下HIFU的比较
方式 全身麻醉 镇静镇痛 F值 P值 例次 9 23 恢复时间 平均功率（W） （d） 1.3±0.4 144.6±41.9 剂量强度 (kJ/cm3) 11.7±5.2 13.6±5.7 0.161 0.400 效率（J/min） 1295.1±1136.3 2295.6±1229.9 1.154 0.043
椎骨损伤
复旦大学附属肿瘤医院
胰腺癌
复旦大学附属肿瘤医院
治疗前
疗后1个月
2005年7月HIFU治疗， Ca19-9: 术前 >1000 u/ml术后1月806u/ml
胰腺癌
复旦大学附属肿瘤医院
Ca19-9: 术前632 u/ml 术后1月200 u/ml 术后2月 80 u/ml
hifu发展史
高强度聚焦超声HIFU的发展史聚焦超声的研究最早开始于20世纪40年代，最早从事聚焦超声研究的是Fry教授。
1942年Lynn教授首先提出将聚焦超声技术用于外科，并做了动物实验，将超声波聚焦后作用于实验动物的中枢神经系统观察生物学效应，结果发现聚焦超声波能定位损伤神经组织，并且具有快速简便、周围组织损伤小的特点。
Fry等在20世纪50年代将聚焦超声技术用于治疗神经系统疾病的实验研究，结果发现：超声波可以在机体产生一个很好的焦域，通过该聚焦点能破坏组织而对焦域邻近组织无损伤。
但由于当时缺乏有效的监控设备等原因，此项技术的临床应用受到限制。
1956年Burov首先提出：治疗癌症时，短时间高强度的超声辐照比长时间低强度的辐照效果更好。
1961年，另一位学者Hickey将聚焦超声用于人体肿瘤，对5例乳腺癌病人进行治疗。
M.Kishi等用高强度超声辐照动物及人体肿瘤，发现大部分肿瘤的生长受到了抑制，但有些试验对象效果不明显，主要是超声剂量不足，声束没有覆盖到整个肿瘤所致。
这些都是很早期的HIFU研究工作。
经过半个多世纪的努力，HIFU的治疗系统、定位和实时监控手段、动物和临床试验研究等多方面都取得了重大进展。
通过大量的基础和临床研究，HIFU技术逐渐得到了世界各国的认可： 1997年SFDA（中国）第一次批准HIFU设备用于临床试验；2000年SFDA在全球首次正式批准HIFU设备用于治疗肿瘤；2001年国际治疗超声学会（ISTU）在中国成立；2002年CE认证批准HIFU治疗子宫肌瘤；2004年美国FDA批准HIFU治疗子宫肌瘤； 2007年CE认证批准HIFU 治疗转移性骨肿瘤的疼痛； 2007年CE认证批准HIFU治疗未来计划受孕的妇女的子宫肌瘤…… 高强度聚焦超声（High Intensity Focused Ultrasound，HIFU）是一种能从体外使体内组织凝固性坏死的高温治疗方法。
产生高温的物理治疗方法除聚焦超声外，还有微波、射频和热液体灌注等。
hifu 隔山打瘤原理
hifu 隔山打瘤原理
HIFU（高强度聚焦超声）的“隔山打瘤”原理主要是利用超声波的穿透性和聚焦性。
治疗头发射超声波，将低能量的超声波聚焦于体内，形成高强度超声。
这些超声能量可以无损伤地穿透人体组织，聚焦于病灶处，形成足够的强度，瞬间产生高温（通常达到60°C~100°C）。
这种高温会使病灶区域的蛋白质变质，组织发生凝固性坏死，从而达到消融病灶的目的。
同时，超声波还具有空化效应、机械效应等固有特性，这些效应也有助于组织的坏死和消融。
由于超声波的聚焦性，焦点以外的正常组织不会受到损伤，因此HIFU技术可以实现非侵入性的肿瘤治疗。
被杀灭的肿瘤组织在人体内逐渐被吸收和纤维化，从而达到治疗肿瘤的目的。
总的来说，HIFU的“隔山打瘤”原理就像太阳光通过凸透镜聚焦后可以点燃纸张一样，只是HIFU 聚焦的不是光线，而是超声波。
这种技术具有创伤小、不输血、医源性肿瘤播散率低等优点，为不可切除的恶性肿瘤患者提供了新的治疗选择。
医学超声原理 第十五讲 HIFU的临床应用
Contents
1
HIFU的生物效应
2
HIFU的医学应用
3
HIFU用于肿瘤治疗
4
HIFU治疗的局限性
5
展望
一、HIFU的生物效应
❖HIFU技术的生物效应主要包括:
热效应 空化效应 机械效应 对化疗的增强作用 诱导肿瘤细胞凋亡 提高机体免疫机能
1.热效应
❖ 超声治疗对宿主抗瘤免疫的确切影响和机制尚不 明确。有学者认为, 由于HIFU 治疗时焦域内高温 造成组织凝固性坏死, 起了高温固化留置瘤苗的作 用: 一方面, 超声破坏癌肿, 使瘤/宿主优势得以改 善; 另一方面, 高温使瘤组织变性, 肿瘤组织抗原性 改变, 更易于剌激机体免疫。
❖ 局部热疗与免疫关系的研究发现,高热可促进肿瘤 组织合成热休克蛋白(HSP)。HSP 可剌激机体免 疫系统, 提高机体免疫功能。同时, 超声辐照可使 细胞间粘附能力降低、使细胞更易脱落, 这种作用 在低频超声中更加明显。
2.空化效应
❖研究表明: 当超声辐照强度超过一定值时, 焦斑中 通常含有小“孔”或“内爆” , 这些“孔”可能 是由组织间液体(主要是水) 的“暴沸”所引起, 这 种效应被称为空化效应。
❖ 空化效应可使生物组织产生自由基而损坏生物组 织。组织中的空化效应应尽量避免, 因为它可能使 焦斑扩散且扩散点位置难以预测, 因此在强度选择 和加热时间之间需平衡考虑, 加热时间短, 则焦斑 体积小, 可以减少血流影响, 但是要求声强度高,有 可能超过空化效应的阈值, 引起空化效应。
❖ HIFU主要利用超声波的可聚焦性及其在人体组织 内传播时，组织的内摩擦粘滞消耗、热传导损耗 及一些分子驰豫过程等，不断地把一部分有序的 声波震动能量转化为无序的分子热运动，产生热 能的原理发挥治疗作用。将此能量在体内超声聚 焦点处形成焦点处的高强度超声能量(几千、甚至 上万W/cm2)区，使该区短时间内(0.5秒~5秒)即可 使靶组织升温达65到100℃，即瞬态高温效应。 将焦点定位到体内靶组织上，如肿瘤等，使组织 蛋白热固化，从而使靶组织(肿瘤细胞)坏死。基 本不损伤周围的正常组织，而且治疗区边界清晰， 达到微创性地“切除” 肿瘤的目的。