腫瘤治療的“隐形高手”

走進超聲醫學工程國家重點實驗室

中央紀委國家監委網站 喬子軒 通訊員 曹永歡

聚焦超聲消融手術全球協同服務中心遠程控制室。

超聲醫學工程國家重點實驗室入口處。

超聲醫學工程國家重點實驗室科研人員正在進行實驗。

聚焦超聲腫瘤治療系統操作展示。

海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統JC200。 （超聲醫學工程國家重點實驗室供圖）

日前，在第四屆中國西部國際投資貿易洽談會重慶館，一把“手術刀”引起與會人員格外關注。

這把“手術刀”并非真正的“刀”，它沒有“刀柄”，也看不見“刀尖”，卻可以穿過人體，在不造成身體正常組織損傷的情況下，在體外把體内的癌變組織“殺死”。

這把具有神奇魔力的“手術刀”——海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統，是超聲醫學工程國家重點實驗室産學研用轉化平台的原創。

近日，記者走進超聲醫學工程國家重點實驗室，去探尋這把隔“山”打瘤“手術刀”的奧秘。

從“0”到“1”的突破

研制出中國首台完全自主知識産權的大型醫療設備

超聲醫學工程國家重點實驗室，坐落于重慶醫科大學校園内。2020年3月，科技部和重慶市政府聯合發文批準省部共建該實驗室。

在實驗室超聲治療基礎研究室，記者見到了海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統。其外觀看起來與核磁共振或CT設備差不多，不同的是床體中間有一個置于水中的凹面超聲波換能器。

為了讓記者更直觀地了解該設備，研究人員現場用有機玻璃做了一個實驗。

隻見研究人員将一片有機玻璃放置于水面之上，水底的超聲波換能器啟動，有機玻璃上瞬間出現了高溫灼燒的白點。而研究人員把手伸進水面，在有機玻璃與水底之間來回拂動，卻沒有任何損傷。

“在實際治療過程中，患者俯卧在治療床上，醫生點擊鼠标就能進行手術治療。”超聲醫學工程國家重點實驗室副主任白晉介紹，該設備的技術原理是利用超聲波良好的組織穿透性和可聚焦性等物理特性，将體外發射的無數束低聲強超聲波精确聚焦于體内病竈組織處，焦點處的高溫會使病竈組織發生不可逆的凝固性壞死，從而殺死腫瘤細胞。

通俗地講，就是在體外将超聲波聚焦起來，在人體内形成一個焦點，破壞腫瘤，實現體外對體内疾病的無創治療。“就像武俠小說裡的‘隔山打牛’，整個治療過程不開刀、不出血、創傷小。”科研人員介紹，目前，該設備被廣泛應用于治療子宮肌瘤、肝癌、乳腺癌、骨癌等多種疾病。

如此“神奇”的設備和技術，得益于科研團隊數十年如一日的科研攻關。

超聲醫學工程國家重點實驗室主任王智彪教授緻力于這一領域研究30餘年，帶領團隊在全球率先突破聚焦超聲消融手術治療腫瘤的關鍵核心技術，并研制出中國首台完全自主知識産權大型醫療設備海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統。

事實上，記者看到的這台海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統已是第四代設備。據介紹，研究團隊先後研制了四代實驗樣機，第一代實驗樣機是由理療超聲設備改裝而來，由于能量不夠，後來又先後研發了第二代、第三代、第四代設備。

當時，這是一個全新的領域，世界上根本沒有同類型的成功案例及資料可供借鑒，研發過程困難重重。

超聲波需要聚焦多少倍，怎樣做才能在不傷及正常組織和器官的前提下精準消融不同部位的腫瘤組織？臨床試驗中采用什麼樣的方案才能實現更有效的治療……科研團隊曆經成千上萬次“實驗—失敗—分析—再實驗”的往複循環，終于弄清楚系列問題，攻克了超聲波在生物組織内聚焦這一世界級難題，在世界上首次建立起了聚焦超聲領域的基礎理論體系。

以聚焦超聲基礎理論體系和技術為支撐，科研團隊研制出海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統，實現了相關領域我國完全自主知識産權大型醫療設備從“0”到“1”的突破。2002年，海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統首次出口英國，從此改寫了我國沒有出口自主知識産權大型高端醫療設備的曆史。

此後，該實驗室産學研用轉化平台不僅持續研發升級海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統，還不斷創新探索，先後研制出治療慢性軟組織損傷疾病的“海極針”、治療過敏性鼻炎的“海極翼”等多款聚焦超聲治療設備。

5厘米腫瘤術時從1小時縮減到10分鐘

該項技術讓我國在高強度聚焦超聲領域繼續保持國際前沿地位

走進實驗室超聲生物效應研究室，一排架子引起記者注意。架子上放着20多個器皿，分别裝有牛肝、羊肝、乳腺組織等。白晉指着上面的白點說，這就是聚焦超聲切除腫瘤時的凝固性壞死點，也叫“刀尖”。

海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統是沒有皮膚切口的無創治療，如何做到精準、安全、高效？

首先必須讓“刀”更鋒利、更快。

記者了解到，海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統于1999年應用于臨床治療，經過20餘年的發展，曆經數次更新疊代，設備和技術已經日趨成熟，但科研人員從未止步于此。

“找到聚焦效能更高的聚焦方法，一直是我們的研究重點之一。”超聲醫學工程國家重點實驗室副主任李發琪介紹，目前海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統使用的是殼式聚焦換能器，焦點聲壓達到107Pa。為形成更高能量量級的聲壓，團隊牽頭實施國家重大科研儀器設備研制專項，研制出球形聚焦集聲系統。這套系統突破了現有的傳統行波聚焦方式，采取球形聚焦的方式，實現了亞波長量級精細聚焦，可以在焦點處形成高達109Pa量級的穩态超高聲壓。

109Pa意味着什麼？自然界中天然存在的最堅硬的物質——金剛石可以被瞬間擊碎。

“如果應用到臨床治療中，無疑會讓海扶刀®的‘刀尖’更加鋒利，大幅提升治療效率，這對于治療某些器官血供豐富的病竈至關重要。”李發琪談到，一個5厘米的腫瘤消融手術，現在大概需要1小時，未來将球形聚焦技術應用在臨床手術中，手術時間将縮短至10分鐘。

今年3月，球形聚焦集聲系統順利通過國家自然科學基金會項目驗收後評估。目前，實驗室産學研用轉化平台研發團隊正對球形聚焦技術進行臨床試驗，一旦成熟即可應用于臨床治療。該項技術也讓我國在高強度聚焦超聲領域繼續保持國際前沿地位。

李發琪介紹，創造極端的能量條件，其利好不僅限于醫學領域，還将為物理學、化學、材料學等學科領域發現新現象、新效應，以及開展新應用提供全新的研究手段，帶動相關學科發展。下一步将力争突破更高量級的穩态超高聲壓。

磨利了“刀”，還需要讓“眼睛”更亮，看得更清、更準。

目前，海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統采取的是融合超聲影像和核磁共振影像的形式，進行病竈的三維重建，将“刀尖”精準置于預定的位置，幫助醫生精準、安全、有效地完成治療。

記者看到，在由四台電腦屏幕組成的“田”字大屏上，每個小屏幕顯示着不同的影像。李發琪說，這裡有不同的模塊，比如灰階模塊，電腦就會精準判斷出腫瘤組織發生凝固性壞死的灰階值，避免肉眼誤判。

據了解，實驗室産學研用轉化平台正努力探索發展多模态、多種影像融合的新技術，以及影像數字化解剖、影像數字化病理，讓這把“手術刀”看得更清、更準，推動聚焦超聲技術實現進一步突破。

從“面對面”到“屏對屏”

有望實現遠程協同千裡“遙控”消融腫瘤

依托海扶刀®和5G網絡技術，醫生和患者即使相隔數千裡，也将可以實施聚焦超聲消融手術。這是醫學界的一次創新探索，不僅可以助力提升基層醫療水平及服務水平建設，也為将來跨地區、甚至跨國開展遠程聚焦超聲消融手術奠定了基礎。可以想見，未來，無論患者在哪裡，都能有機會享受優質的醫療資源和醫療服務。

據了解，實驗室産學研用轉化平台研發團隊始終以“聚焦超聲治療讓更多患者受益”為使命，早在2015年就開始布局建立聚焦超聲消融手術全球協同服務中心，充分發揮遠程協同技術的優勢，以“屏對屏”“線連線”的方式向全球用戶醫院提供遠程手術技術支持與服務。

在位于重慶兩江新區的協同服務中心内，大屏幕上實時顯示着各地用戶醫院使用的海扶刀®治療設備狀态。

“國内、國際所有用戶醫院的海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統都可與協同服務中心遠程互聯，并且我們的醫生和工程師都在協同服務中心24小時輪流值班。”白晉告訴記者，通過遠程協同，不僅能夠及時發現問題，還能實現對臨床疑難病症的診治指導及數據分析，提高治療的安全性、有效性。

如今，海扶刀®聚焦超聲腫瘤治療系統已在國内300餘家、國際80餘家醫院投入使用，在全球29個國家和地區累計保器官治療良惡性腫瘤超過20萬例。

為了規範技術和方法，實驗室産學研用轉化平台還先後牽頭制定了高強度超聲腫瘤治療系統臨床應用指南、聚焦超聲消融手術臨床應用技術規範專家共識等。此外，實驗室産學研用轉化平台還着力深度融合聚焦超聲治療、互聯網醫療、人工智能、大數據、AI等技術，讓聚焦超聲治療更加智能化、數字化、網絡化，從而讓更多患者受益。

從“0”到“1”，從“107Pa”到“109Pa”，從“面對面”到“屏對屏”，讓手術治療更快、更精準，讓病人所受的傷害更小……不斷探索創新，超聲醫學工程國家重點實驗室的團隊仍然在路上。

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