高强度聚焦超声（high intensity focus ultrasound,HIFU）是一种利用高强度超声波束在体内聚焦，在焦点区域形成60℃以上的高温， 通过热效应、机械效应和空化效应等，从而对目标区域内的病变组织作选择性损坏，而对焦点周围组织没有明显影响的超声治疗技术。HIFU对组织最重要的效应是瞬间热效应，即当高强度超声波束在人体组织内传播时，有序的声波震动能量逐步转化为无序的分子热运动能量，这种能量在超声波聚焦点处温度瞬间升高（在0.5-1.0s内骤升至65-100℃）。

　　本研究就MRI实时温度监控下HIFU对羊离体腰椎间盘的生物学效应进行实验，旨在探讨MRI实时监控高强度聚焦超声热消融羊离体椎间盘的可行性，探讨一种无创治疗腰椎间盘源性疼痛的新技术。

　　1、材料与方法

　　（1）材料

　　a、新鲜南疆黄羊腰骶段脊柱标本6只，来自重庆医科大学动物实验室。

　　b、仪器：JM型HIFU系统（ 由重庆海扶技术有限公司研制）。该系统由以下几部分组成：可调功率发生器；MRI系统：Magnetom Symphony Tim 1.5T。治疗探头参数为频率1.0MHz，焦距150mm，直径180mm。

　　（2）方法

　　a、MRI监控系统行焦点定位扫描PD-tse、T1-tse 和T2-tse, 选择一组图像作为定位图像。运用治疗头的运动装置选择靶层面， X轴代表左右方向， Y轴代表上下方向， Z轴代表前后方向。

　　b、HIFU辐照辐照参数设置为声功率350W，对L2-L3、L3-L4、L4-L5和L5-S1椎间盘定点辐照，持续时间分别为20s、40s、60s、80s、100s、120s、140s、160s 和180s。

　　c、MRI实时监控设置水温20℃作为基础温度值（水温）,蓝色20℃～40℃， 绿色40℃～60℃，黄色60℃～80℃，红色80℃～100℃。确定靶点后，HIFU辐照前先扫描一幅GRE-T-Map温度参考相位图；开始HIFU辐照，焦点位于椎间盘的中央，即髓核处，同时连续扫描GRE-T-Map温度图；HIFU辐照结束后继续扫描GRE-T-Map,直至焦点处的温度显示变为蓝色或降至基础温度可以停止扫描。

　　d、辐照过程中观察实时T-Map的变化情况。选择辐照椎间盘的前、后部、髓核处（焦点）以及同水平脊髓处为温度监控点，记录MRI实时监控下监测部位温度平均值的变化情况。

　　2、结果

　　（1）高强度聚焦超声辐照时间与温度的关系。

　　高强度聚焦超声照射椎间盘的过程中，随着照射时间的延长，测量部位的温度逐渐升高，并且升高的速度逐渐下降。照射140s与照射180s之间同部位的温度差基本都不大于3℃，说明照射180s后，监测部位的温度已经很接近最大值。照射180s后，椎间盘前部大于65℃，后部大于55℃，焦点处大于75℃，脊髓部位小于45℃。

　　3、讨论

　　（1）HIFU治疗机制

　　如今，腰椎微创甚至无创的治疗方式是脊柱外科医生追求的理想目标。近些年来，种类繁多的微创治疗方法不断问世，包括经皮激光椎间盘减压术、椎间盘内电热疗法、椎间盘射频消融术等。然而，唯有HIFU是一种真正意义上的无创治疗技术，它利用超声波的可视性、组织穿透性和聚焦性，通过其加热效应、空化效应和机械效应等，从体外定位， 靶向消融目标组织，对邻近正常组织及超声波通过的组织影响较小，甚至无任何影响。

　　Christopher 等研究发现，分布于椎间盘的神经纤维末梢，多数为无髓神经纤维或微小髓鞘神经纤维，对于热损伤比胶原纤维更敏感。有文献证明，在椎间盘内热疗过程中，于纤维环外1/3给予45～50℃，持续20s即可灭活纤维环上的神经感受器，而持续4~5min基本接近完全灭活。椎间盘内温度超过50℃时，纤维环胶原蛋白的三股螺旋结构开始出现断裂，胶原组织发生固缩，凝固纤维环的病变部位，使向内生长的肉芽组织发生变性、固缩。因此，HIFU热消融腰椎间盘的效应与椎间盘内热疗（Intradiscal electrothermal therapy,IDET）类似：（1）对纤维环的热疗可以破坏椎间盘内的神经伤害感受器，达到止痛目的；（2）使纤维环内胶原纤维变性收缩，封闭纤维环裂隙，从而加固椎间盘结构；（3）使髓核变性萎缩，在减少介质释放的同时，消除椎间盘不稳定因素及缓解了椎间盘对神经组织的机械刺激和压迫。

　　本实验中，使用HIFU从前方定点照射羊离体腰椎间盘，在椎间盘前部和后部的纤维环处温度均可达55℃甚至更高，完全能够灭活椎间盘纤维环外1/3的神经伤害感受器，同时使纤维环内胶原纤维变性收缩，封闭纤维环裂隙，增加椎间盘的稳定性；HIFU定位于髓核的焦点处温度可达75℃，可使髓核组织溶解、变性、固缩，缓解椎间盘内压力，减少椎间盘内炎性介质的释放，缓解或消除椎间盘源性疼痛。

　　（2）MRI实时监控的可行性

　　HIFU热消融椎间盘过程中，有效的监控系统必不可少。MRI，如今已经广泛应用于临床，具有高组织和空间分辨力，且无硬性伪迹和放射损伤的优点。在HIFU定向治疗疾病过程中，MRI被用于HIFU术前定位，术中HIFU焦域的引导，组织温度变化的跟踪测定，凝固性坏死的评价以及术后疗效随访等方面，其有效性和准确率已被广泛证实。HIFU照射过程中，在MRI监控下，HIFU焦点可视，确保其准确位于靶区位置，未发生偏移，同时对焦点和目标区域进行温度分析，指导超声辐照功率及时间。MRI监控HIFU治疗疾病优势的关键在于它能对靶区温升及其动态变化情况进行监测。MRI测温法有很好的时间和空间分辨率， 是通过对比治疗前后相位的改变（ 即相位差成像） 来显示靶区温度的变化， 对静止的组织脏器而言所得温度的标准差小于1℃，时间分辨率小于1s,空间分辨率大约为2mm。

　　（3）HIFU热消融椎间盘的安全性

　　本实验过程中，脊髓处温度明显升高，高于正常生理温度，说明HIFU热消融椎间盘过程中，脊髓存在潜在的副损伤风险。然而，离体脊柱与在体脊柱状态不同，前者脊髓紧贴于后纵韧带，后者脊髓和后纵韧带之间还有脑脊液；另外活体组织中脊髓血管较为丰富，血流会带走部分超声的能量，因此，HIFU对脊髓的副损伤还需进一步实验研究。

　　4、结论

　　本实验初步说明，HIFU定点热消融椎间盘时，MRI实时监控椎间盘和脊髓的温度是可行的，并且HIFU在椎间盘内可以提供足够高的温度，来灭活伤害感受器以及促使髓核组织溶解、变性、固缩，可以将其作为椎间盘源性腰痛的潜在治疗方法进一步研究。