熱療知識

腫瘤熱療技術與設備的現狀和展望【連載-2】

劉珈湖南省腫瘤醫院放療科主任醫師

二、目前常用腫瘤熱療設備種類及特點

腫瘤熱療設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備；高功率微波熱療設備；高功率射頻深部熱療設備；超聲深部熱療設備和高能聚焦超聲消融（HIFU）設備；射頻、微波消融設備、激光治療設備和紅外全身熱療設備。

（一）普通微波類熱療機：

自20世紀80年代中期以來，國內已將腫瘤熱療用于臨床，所使用的設備是普通功率的微波熱療機，頻率多為915MHZ和2450MHz，主要用于表淺腫瘤的局部熱療和直腸癌、宮頸癌、鼻咽癌及口腔癌等的腔內熱療。所選擇的治療溫度多為43℃～47℃，有效治療時間45min～60min。以往的實驗及臨床結果報道認為與放療聯合使用的療效較單純放療增加1.4倍，即其熱增強比大約為1.4。

（二）高能微波類熱療機：

醫用微波熱療常用頻率有2450MHz、915MHz、433MHz，它們在空氣中的波長分別為12.25cm、32.80cm、69.3cm。微波電磁波振幅隨傳播深度增加而衰減，大部分能量消耗在體表附近，與射頻不同的是這種衰減在脂肪層不明顯，因而不會出現脂肪層過熱現象。但在進入肌肉組織后能量會急劇衰減，故普通微波難以進行深部加溫。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度，一些國家對高能微波技術進行了深入的研究。在微波多輻射器技術方面，美國研制了雙饋線輻射器、復合式輻射器，并開發了立體環形矩陣加溫的BSD產品，新近改進的輻射器稱之為Sigma eye；日本則將單個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，在體模和小豬的實驗中均表明有效加溫深度可達5cm。我國在此方面也做了大量的研究工作，目前已有注冊的高能微波熱療產品，所采用的頻率以915MHz和2450MHz為主。前者所使用的是大功率聚束、低頻脈沖調制技術；后者采用的是大功率脈沖調制、多探頭聚焦技術。

經改良后的915MHz高功率聚束微波腫瘤熱療機，在設計時使用了高功率微波透鏡，通過透鏡天線的作用，能將初級輻射源的弱方向性電磁波聚集為銳方向性電磁波束，使入射的微波功率密度增加，當微波穿透到3cm后幅度降到1/e，但仍有對深部組織進行加熱的能力，從而能較好的解決較深部位有效加熱問題。又由于治療時機體暴露在微波輻射下的范圍較廣，因此能在較短的時間內將體溫升至有效治療溫度。此外，治療頭與皮膚間需要保持20cm～30cm左右的距離以保證波束聚集空間，結果由于空氣的熱平衡作用而使表皮升溫得到緩解，因而較少引發加溫時的皮膚灼傷。體模實驗證實，該類設備具備有效深部加溫能力；同時系統的動物實驗結果以及較長的臨床觀察顯示，在進行有效深部加溫時，對重要組織臟器沒有出現明顯不能接受的損傷。

2450MHz微波一般穿透在1.7cm后能量就衰減到無法再對組織進行加溫，若需對深部腫瘤提高作用強度，則必須提高入射能量，從而有可能導致因皮膚表層微波能量過高、腹部臟器對微波能量吸收敏感，散熱功能差，而產生的間接損傷。有的產品采用了多探頭聚焦、大功率脈沖調制技術，通過多個輻射器分時、聚焦后高功率發射，將高峰值入射功率較普通微波熱療機的入射功率提高了幾十倍，從而達到對深部組織進行有效加溫的作用。

（三）高功率射頻深部熱療機：

射頻電磁波對人體組織穿透力較強，常用頻率為13.56MHz及其倍數頻率27.12MHz、40.68MHz等，高功率射頻熱療機是最先用于深部加溫的熱療設備。國內一些醫療單位較早期使用的是日產RF-8型熱療機，該機特點是所用頻率為8MHz，故加溫深度深，但脂肪過熱現象明顯，皮下脂肪稍厚一些的病人難以耐受治療。嗣后，我國自行研發了頻率為40.68MHz的高功率射頻熱療機，較好的改善了治療中的脂肪過熱現象。通過采用四極同頻分時加溫方式，可更好地解決脂肪過熱、且其加溫速率較雙極式設備更快。13.56MHz的高功率射頻熱療機在工程上較易實現，但總體性能遜于40.68MHz的高功率射頻熱療機。

（四）微創熱消融技術

20世紀90年代，微創熱消融治療技術迅速興起，其特點是經過單次或按照治療程序設計分次熱消融，將腫瘤全部燒灼破壞。這是腫瘤非手術治療的歷史性重大進展。目前，熱消融治療在臨床應用的主要方法有：激光、高強聚焦超聲、射頻及微波等。

1．激光消融治療

激光消融原理為，在組織中其光能轉變為熱能，靶標區域溫度升高，周邊達45℃以上，維持20～30min，造成組織中細胞的凝固壞死。目前技術改進有：①帶冷卻系統的光纖束，可避免組織碳化，獲得更大凝固范圍；②帶尖端擴散器的光纖，可使局部能量較均勻傳播和擴散，以增大消融范圍。激光消融治療的臨床應用，目前主要在英國、德國及意大利等歐洲國家發展較快，臨床研究報道日見增多，主要用于肝腫瘤的治療。一般并發癥包括發熱、輕度胸腔積液、肝被膜下血腫、皮下血腫、氣胸、出血等。主要嚴重并發癥：胸水、肝膿腫、膽管損傷、葉段梗塞、出血、嚴重者可致死亡。但總體并發癥低，較為安全。

2．射頻和微波消融治療

該類熱消融治療技術是指利用射頻或微波熱能使生物組織快速升溫達＞65℃，使被加溫組織在短時間內發生凝固、壞死、甚至炭化，從而達到切除或原位滅活良惡性病灶為目的的微創技術。

射頻消融技術的研究開始于1968年。D. Arsonval首先發現100kHz以上的高頻交流電能通過活體組織而不引起神經肌肉的興奮，并將射頻熱能消融治療技術引入神經外科和心臟科的治療中。將射頻熱能消融治療技術引入肝癌的治療則始于20世紀80年代。日本當時采用的是單電極，每次熱損毀的最大范圍1.6cm，故療效不佳。射頻熱能消融治療技術在腫瘤中的改進、發展和推廣運用是在20世紀90年代以后，通過將設備改良使得治療效果有了明顯改善。目前主要的射頻消融設備有兩類：一類為多電極針，針數為雙針至十針不等，此類設備的熱凝組織范圍較大；另一類為可使尖端冷卻的電極針，它可消除治療中針尖處因高溫所至的碳化而對熱傳導產生的不良影響，從而保證治療區組織受熱的均勻性，并可增加加熱范圍。目前有報道使用射頻熱能消融治療技術的腫瘤病種有肝癌、肺癌、腎癌、盆腔腫瘤以及乳腺癌等。其中使用最多、報道最多的是肝癌。

微波消融治療指組織中微波場造成極性分子和離子的高頻振動摩擦而升溫，通常升溫達54℃（1分鐘）或60℃（即刻），其細胞中的蛋白質發生變性凝固導致細胞壞死。微波消融治療的臨床應用主要在中國和日本發展較快，在實體瘤的治療中該項技術的進展主要表現在以下方面：①植入式微波電極的有效熱場球形化，包括改進微波電極針的裸芯長度（與波長相關）達到最低聲阻抗傳輸來實現；以及應用硬質裂隙天線，達到能量聚集其周圍成球形熱場。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，顯著擴大有效消融區。③實施多電極組合微波熱場的調控，根據腫塊大小，一般對5cm以內肝腫瘤，布放微波電極2或3支并且調控不同的功率及時間，可達到整個腫瘤的適形凝固滅活。④建立了計算機模擬系統，解決了臨床治療肝癌的微波熱場預設和治療中的實時監控。

微創腫瘤熱消融治療的臨床遠期療效，已經有了大量報道，基本結論一致：對早期腫瘤，如小于3cm的肝癌期5年生存率不遜于手術切除，甚至稍好。而對于某些較大腫塊的中晚期病例，具有腫瘤減荷，減輕痛苦，延長生命的療效。

（五）高強度聚焦超聲（HIFU）消融治療技術

超聲波是一種頻率超過人耳聽閾（頻率＞20kHz）的機械波。作為醫用物理治療手段，當聲源孔經（換能器敏感元件橫向尺寸）足夠大且頻率適當時，超聲波具有很強的束射性和方向性，且能達到人體組織的深部。如采用適當方式使之聚焦，則可在焦域（包含焦點，且比焦點處聲強低6dB的界面所圍成空間的體積）處獲得高聲強。當其在媒質中傳播且強度足夠高時，即會使媒產生狀態、功能甚至結構的改變。如所指傳聲媒質為人體或動物組織，則稱這些改變為生物效應。在超聲診斷中，基于安全性考慮，為提高探測深度和分辨力所做的一切努力都必須以不產生生物學效應為限；而在超聲治療中則相反，為達療效，必須在治療部位產生所需性質和程度的生物學效應，而對非治療部位則必須對聲強加以限制以確保安全。故超聲生物學效應是超聲治療的生物物理學基礎。按照國際上的迄今研究結果和專業界共識，產生超聲生物效應的機制包括機械、熱和空化三種，其中機械機制是原發或稱固有的，而熱和空化是派生的。至于生物組織和細胞在超聲作用下發生的化學等更深層次改變，應屬于上述機制的后果而不宜稱為機制。在腫瘤熱療中，以超聲波為物理因子的有超聲溫熱治療技術和高強度聚焦超聲（HIFU）熱消融技術。

HIFU技術的研究開始于1942年，由Lynn首先提出了高強度聚焦超聲概念。自20世紀80年代末開始，基于醫學影像技術的迅速發展，為了尋求對前列腺占位性病變的微創和無創治療手段，西方發達國家首先開始了相關的物理學和醫學基礎研究及治療設備研制。國內于1995年開始介入這一領域，現已有7家企業獲準生產該類治療設備，有關單位結合臨床做了大量工作，積累了一定的經驗。HIFU的治療機理是，焦域處的靶組織吸收超聲波的聲能（機械能）并將其轉化為熱能，熱能將靶組織加熱迅速升溫，使達到閾值溫度（一般認為在65℃以上）的區域蛋白瞬時變性，腫瘤細胞發生不可逆的凝固性壞死，從而達到治療目的。與此同時，由于焦域內外的聲強變化非常陡峭，靶區外的組織細胞達不到發生蛋白變性的溫度條件，致使在治療區與非治療區之間形成一個較銳利的邊界，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、多元球面自聚焦和相控陣聚焦等。國內目前使用的有三類：①大直徑單元晶片附加透鏡式換能器，其超聲入路的聲束橫截面直徑較小，在治療深部病灶時對聲道的要求相對較低，臨床治療比較方便。但由于只有一個換能器，發射功率相對較小，故通常采用持續性發射方式（持續時間≥5秒），否則，由于靶區血流帶走熱量、熱馳豫等原因，聚焦區不易出現固化灶。但持續性發射的治療方式會造成病人治療區疼痛及內臟不適感，此外超聲束經皮時較窄的聲道和較大聲強，皮膚會產生痛感，使得治療須在全麻醉條件下完成，故該方式多將治療設計成一次或兩次完成。②多元自聚焦換能器：通常由不多于10個平面或凹球面晶片嵌于球冠內側構成，治療時可根據需要對單一換能器和多個換能器進行調整；③凹球面殼馬賽克式換能器：一般由幾十甚至幾百個晶片嵌于球冠內側構成。后兩種治療的發射方式為脈沖式間歇性發射，因聚焦后焦域處的聲強較大，持續發射會引起聲道及表皮損傷，因此治療所采用的是脈沖式間歇發射方式。隨著焦域向人體深部的推進，體表的超聲入路聲束橫截面積增大，治療中對于超聲入路要求提高，療前需對通道進行預處理。脈沖式間歇性發射，治療脈沖窄，提高了治療的安全性，同時亦為空腔臟器的治療提供了條件。在接受該法治療時，病人可耐受療中發生的不適，不需進行麻醉，故可避免或降低局部灼傷的發生率。由于在清醒狀態下治療,病人持續處于強迫性體位下的時間有限，而且作為治療耦合媒質的脫氣水在治療期間與空氣處于半開放接觸的狀態，隨時間延長脫氣水中氣體含量逐漸增加，使得超聲波在耦合媒質中衰減增多，靶區達不到治療所需的溫度，故多采用分次治療方式。這種方式還可預防或避免因大腫瘤單次治療而導致腫瘤組織大量壞死產生的腫瘤溶解綜合征發生的可能。

高強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，根據患者治療前后的癥狀、體征、血液生化檢查結果、影像學檢查（如超聲圖像的回聲改變，CT或MRI，較好的是采用PET/CT進行觀察）結果等進行對比分析評定。對于高強度超聲熱消融的適應證目前尚存有爭議，臨床上已用于腹盆腔內使用機載B超可清晰觀察腫瘤全貌的實體腫瘤、部分體表腫瘤，如肝癌、胰腺癌、前列腺癌、腎癌、腎上腺癌、乳腺癌的原發病灶、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或數目有限的轉移瘤；而用于膀胱癌、直腸癌、胃癌等空腔臟器的腫瘤以及溶骨性肉瘤存有爭議。

并發癥主要有：①皮膚灼傷；②一過性疼痛及局部充血水腫；③治療不合理所致的組織壞死和腸穿孔；④偶有發熱；⑤進行全麻時可能出現麻醉意外。

（六）紅外全身熱療設備

作為全身加溫較為傳統的紅外熱療設備，以往其致命的弱點是升溫速率慢，長時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。由于能對人體全身加溫的0.76µm-1µm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監控，成了該項治療設備的關鍵。近年來的研究使其有了新的發展，常用的紅外發熱材料有半導瓷厚膜發熱、鍍膜發熱、碳晶平面發熱、合金發熱、陶瓷電熱、非金屬碳纖維發熱等，將它們進行重新組合，有利于發揮各種材料的優勢并彌補其不足。最新采用射頻+紅外的設計，打破了以往的設計思路，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，為該項技術注入了新的內涵。

腫瘤熱療技術與設備的現狀和展望【連載-1】“前言”鏈接地址——www.dhammaaromdee.com/Technology/Zhongliu_Reliao_Jishu_Shebei_1.html

腫瘤熱療技術與設備的現狀和展望【連載-3】“提高我國腫瘤熱療設備水平的關鍵技術”鏈接地址——www.dhammaaromdee.com/Technology/Zhongliu_Reliao_Jishu_Shebei_3.html

腫瘤熱療技術與設備的現狀和展望【連載-4】“推進和加速我國腫瘤熱療技術和設備的發展”鏈接地址——www.dhammaaromdee.com/Technology/Zhongliu_Reliao_Jishu_Shebei_4.html

點擊次數：更新時間：2014-02-13 09:30:07 【打印此頁】【關閉】

上一條：腫瘤熱療技術與設備的現狀和展望【連載-3】下一條：腫瘤熱療技術與設備的現狀和展望【連載-1】

熱療知識

腫瘤熱療技術與設備的現狀和展望【連載-2】

HY7000射頻腫瘤熱療機

HY7000-II 射頻腫瘤熱療機

HY7000-I 射頻腫瘤熱療機

合路器

通信波導

微波收發器