HIFU治疗中的组织声环境及声场/温场自适应和改变组织声环境的研究

执行NSFC等项目的研究发现，暴露在HIFU场中的组织- - 声通道和焦域的声环境是动态变化的，这种动态变化又反影响HIFU在组织中的传播和损伤形成，并相互影响，而积极改变组织声环境可增强超声能量沉积。本申请椐此立题，提出"HIFU治疗中的组织声环境及声场/温场自适应和改变组织声环境"是值得研究的有关治疗超声传播、非线性声学、气泡动力学和声空化等关键问题。为此，系统研究受HIFU辐照的声通道和焦域处组织在损伤形成过程中的声学特性、空化行为及与瞬态损伤的关系，集总探讨HIFU治疗中组织声环境的动态变化规律；研究HIFU治疗过程中适应组织声环境变化的声场/温场动态匹配；研究利用筛选的微泡/相变形纳米声液滴改变组织声环境以增强可控性HIFU热损伤/空化损伤，以及远期生物学效应和安全性评价，在此基础上探讨用于子宫肌瘤增效治疗的可行性。研究结果将促进HIFU治疗机制、工程技术、临床应用和相关学科发展。

摘要：高强度聚焦超声（HIFU）已用于临床治疗肿瘤，展示出良好的有效性和安全性。但来自临床的需求是如何进一步在更有效、更安全地前提下更高效地治疗，其关键科学问题是组织声环境和改变组织声环境的研究，围绕这一临床需求和关键科学问题，本项目系统研究了暴露在HIFU场中的组织声环境特性及其对聚焦超声能量沉积的影响；研究了基于MRI实时测温的组织声环境的温场匹配；研究了利用微泡/相变形纳米声液滴等手段改变组织声环境以增强HIFU治疗的生物学效应和安全性，在此基础上探讨了用于子宫肌瘤增效治疗的可行性。研究取得了如下重要进展：1）HIFU声通道上多层组织，特别是肋骨对超声能量的衰减非常明显。声通道上肋骨的声衍射效应增大了-6dB聚焦超声焦域、降低了峰值声压；靶区血供明显降低聚焦超声能量的有效沉积，这为优化聚焦超声治疗提供了依据。2）HIFU辐照过程中，声空化和沸腾产生的气泡动力学行为对凝固性坏死形成、B超监控有重要作用。3）在HIFU辐照中观察到HIFU可形成小于其使用的声波波长1/10的损伤，提出了HIFU靶向细胞外科的概念。4）建立了MRI引导的HIFU治疗系统，提出了基于MRI测温的超声能量输出实时闭环控制方案，实现了MRI引导HIFU安全、有效地治疗104例子宫肌瘤。5）应用自制相变性氟碳乳剂和SonoVue可明显提高HIFU治疗效率，筛选出安全前提下高效治疗的声功率——SonoVue剂量组合。6）展示出应用SonoVue改变组织声环境提高HIFU消融子宫肌瘤治疗效率的临床应用前景。项目执行期间新增国家级项目7项，在国内外刊物上公开发表学术论文72篇，其中SCI论文8篇，EI 3篇，/ISTP4篇，参编专著章节1部。获得2010年国家科技进步二等奖。连续举办4届超声治疗‘大家’论坛，在2009年首届超声无创治疗国际高峰论坛上发布了存活10年的HIFU治疗病例。促进了人才培养。研究工作展示出该团队在HIFU技术研究的扎实基础和学术地位，对促进HIFU 技术及其产业和相关学科发展，保持我国在该领域的国际前沿地位，具有重要的科学、经济和社会意义。