超声无创治疗潜力巨大，生物医学工程前景辉煌

超声无创治疗潜力巨大，生物医学工程前景辉煌

--- 记“第13届国际治疗超声大会”的召开和上海交大生物

医学工程学院的发展

人们对B超并不陌生，在临床上超声是诊断疾病的重要手段。那么超声可以用来治疗疾病吗？特别是对让人谈癌色变的肿瘤，超声能否重磅出击？答案是肯定的。未来五年，肿瘤患者不必再进行痛苦地放疗、化疗，而是依靠超声治疗技术，就可以实现无创伤、安全、绿色的治疗。这一技术，让癌症患者在无创、微创中将癌细胞杀死，有望逐步取代部分手术，改变放疗、化疗的传统治疗格局，成为未来肿瘤治疗的主流方法之一。

由国际治疗超声学会（International Society for Therapeutic Ultrasound，ISTU）和中国超声医学工程学会联合举办，由上海交通大学承办的第13届国际治疗超声大会于5月13日成功召开。大会主席由上海交大生物医学工程学院陈亚珠院士担任，重庆医科大学的王智彪教授担任共同主席。大会每年举行一次，今年首次登陆上海，是国际医疗超声领域重要的大会。美、英、法、德、俄、中国等国家和地区超过200位高校研究者、基础及临床医学医生、技术工程师参会。大会按照超声物理、磁共振引导聚焦超声手术技术和临床研究、治疗超声监测及医学影像、气泡空化、微泡造影剂与纳米技术、超声诱导的神经调节、超声血脑屏障打开、治疗超声换能器和设备研究等该领域的多个主题开展讨论分会，共有120场演讲报告，包括陈亚珠院士、Ter Haar等11位国际一流专家的特邀报告。

以陈亚珠院士领衔的上海交大科研团队，是我国治疗超声领域的先驱和开拓者之一。早在20世纪90年代以来，在治疗超声技术领域，研制了多模式相控聚焦超声。陈亚珠院士提出多模式组合方式治疗肿瘤的新概念，为肿瘤治疗提供了新思路、新方法，在国际上处于地位。来自世界各地的科学家对此非常关注。

恶性肿瘤可实现“绿色治疗”

肿瘤是人类健康杀手之一。它治愈率低，死亡率高。全球肿瘤发病人数超过1000万，五年存活率仍很低。仅在中国，肿瘤死亡率为180.54/10万，每年因癌症死亡病例达270万例。

目前治疗恶性肿瘤主要依靠手术、放疗和化疗等传统手段。用这些手段，患者不得不在承受巨大的心理压力情况下，还要遭受脱发、免疫力大幅下降、疼痛等身体上的折磨。“在临床上，有很多病人因为过度治疗而导致死亡”，上海交大陈亚珠院士介绍，采用化疗方法，不仅将病灶的癌细胞杀死，而且也会将人体中其它一些好的细胞“牵连”进去一并杀死；X-射线、各类加速器、质子刀、中子等放疗治疗也都有损伤性或负作用。

陈亚珠院士早期所倡导的高强度聚焦超声治疗（High Intensity Focused Ultrasound，HIFU），是通过一定的聚焦方式，将超声源发出的适当频率的超声波聚焦于人体中目标靶组织，使得靶区局部温度迅速升高，继而导致靶区内细胞产生坏死、凋亡或其它热效应、空化效应，从而达到治疗的目的。

“与其他治疗手段相比，聚焦超声治疗是一种无创、副作用小、安全、绿色的新技术，具有无（微）创、可聚可控、穿透力强等特点。”陈亚珠院士介绍，因此它被称作“绿色治疗”，是肿瘤治疗当中有美好发展前景的主要手段之一。

“但目前临床上这种治疗手段，距实现早期治疗与精确治疗的目标仍存在着较大的差距。国内几家公司应用于临床的HIFU设备还延用传统HIFU的结构原理，其存在着多个缺点，包括采取机械扫描方式、靶向空间分辨率低及定位不准、没有对温度实时和准确的监控、没有疗效评估功能、治疗时间长、效率不高等。”为了克服这些缺点，陈亚珠院士进一步提出了多阵元相控高强度聚焦超声（pHIFU）治疗技术。

陈亚珠院士表示，多阵元pHIFU技术已成为国际上物理治疗领域的重要研究方向，它在大尺寸肿瘤治疗方面具有显著优势，不仅提高了治疗精度、减少了治疗时间，而且使治疗更为可靠。“多阵元pHIFU技术让肿瘤的‘绿色治疗’真正成为可能。”陈亚珠说。

精确瞄准“百发百中”肿瘤细胞

在陈亚珠院士的带领下，上海交大生物医学仪器研究团队，历时十二年，开发出多阵元相控型pHIFU技术。这一技术，既可以形成单焦点聚焦模式，也可以形成多焦点适形分布模式。具体而言，这一技术借助电子扫描和声速可控手段，绕过骨骼等屏障，对癌细胞实现单焦点、双焦点，甚至多焦点“瞄准”，从而进行多强度的均匀加热，在癌细胞处形成消融区。

陈亚珠团队经过在十多组体膜、上百斤猪肉上的离体实验以及十余例活兔实验，实验结论表明，多阵元相控型pHIFU技术具有单、多焦点“瞄准”，焦域可变、焦距可控、超声引导、声束可控、多模式治疗的综合优势，可实现安全、无创伤且有效的靶区消融，对癌细胞可做到“百发百中”，而不会伤及“无辜”好细胞。

陈亚珠院士举了一个例子：假如一位患者得了肝脏恶性肿瘤，多阵元相控型pHIFU技术的做法是：在患者体外，释放电压信号到多阵元相控阵列，再通过超声波声束，穿过患者皮肤，到达肝脏恶性肿瘤部位，形成焦域，然后通过单焦点、双焦点热场计算，终形成一个字母“H”型瞄准区域。患者可选择高温治疗方法，即在瞄准区域均匀加热到60℃及以上，使肿瘤细胞热凝、坏死、不可逆。也可以选择温热治疗，即在瞄准区域均匀加热至43-45 ℃，使肿瘤细胞变性，抑制生长。采用温热的治疗方法，配合耙向药物和热敏脂质体有望能配合，使全身化疗转化为局部化疗，降低化疗副作用。

对于恶性肿瘤治疗，陈亚珠院士领衔的科研团队提倡的是融合创新肿瘤多模式的协同治疗，特别提倡联合治疗、适度治疗、绿色治疗和个性化治疗。陈亚珠表示，对肿瘤这一人类健康杀手的攻克，应该具有多模式、个性化、安全的技术手段。她的科研团队就是要创建一个多功能、多样性优于代HIFU 治疗技术，同时临床适应性强的治疗方法。

给癌症患者带来福音

据介绍，中国医疗器械高端市场有90％为国外企业占据。我国每年都要花费数亿美元的外汇从国外进口大量医疗设备。国内约有70%的医疗器械市场已被发达国家的公司瓜分。在这种情况下，轻度、中度、重度危险型癌症患者的化疗费用分别为6万-8万元、10万元、30万元或更多。这些“天价”费用对于一个普通家庭来说，难以承担。而以MR、US引导的多阵元相控型pHIFU等物理治疗，费用上有望降低一半以上，而且更加可以实现个性化无创伤、绿色治疗。

上海交大校长助理、生物医学工程学院常务副院长徐学敏教授表示，近年来，上海交大一直将大力推动医工、医理交叉科学的发展，并作为关键的战略发展方向之一。在上海市科委的支持下，成立了“上海Med-X重大疾病检测与治疗装备技术研究工程中心”。通过Med-X 研究院这一医工（理）交叉科学研究平台对接全校临床应用转化研究，加快了交大生物医学工程学科赶超世界先进水平的步伐，也为各项具有国际影响力的医疗技术的发展带来重要发展契机。这次大会是具有里程碑意义的一次盛会，它体现了国内外专家对于无创物理治疗技术的重视，是对中国在该技术领域取得的斐然成绩的认可。上海交大将努力推进相关科研成果的产学研合作，加快产业转化步伐，继续为全球“治疗超声”事业做出奉献，造福全球癌症患者。

生物医学工程学科是一个具有巨大发展潜力的“阳光学科”

人类的健康问题是全球面临的紧迫重大的问题之一。绝大多数重大疾病，包括脑卒中、癌症、心肌梗死等尚未有有效的治疗方法。“预防、预测、早期诊断”和“精确化、个性化、微创化”的治疗是人类医学为征服这些顽疾采取的主要战略。生物医学工程学科是一个进行医工、医理交叉科学研究及复合型人才培养的学科，它依托基础学科和临床医学学科，应用物理与工程技术方法，探索研究对疾病“早期诊断、个性化治疗、康复”的有效手段。生物医学工程研究领域的发展将对于人类未来征服重大疾病有着极其重要的意义。同时，生物医学工程学科的发展也有很大可能成为下一次生命科学革命的核心。MIT前校长Susan Hockfield博士在Science上已提出了以下观点：“生命科学和物理科学及工程学的交汇可能正孕育着第三次生命科学的革命。”医疗装备行业在发达国家的经济中正成为愈加重要的行业，在一些发达国家中占经济总量的10-15%左右。而我国的高端医疗装备市场基本被外国产品所垄断。而我国近三百万各级医院对于医疗装备有着极大的需求，加速发展具有我国自主知识产权的医疗装备有着巨大的社会和经济价值，对于我国完成高科技的经济转型、从根本上克服金融危机产生的威胁有着重大的意义。

因此，生物医学工程学科的发展对于征服重大疾病、揭示生命的奥秘、以及对社会经济的和谐发展都有着重大的意义，是一个具有巨大发展潜力的“阳光学科”。在美国权威性的“好的职业”排名中，“生物医学工程师”在2012年排名、2013年排名第二。全世界许多一流大学，都发展了很强的生物医学工程学科。在我国，上海交大及其它重点高校都对生物医学工程学科发展十分重视。多年来，上海交大一直将医工交叉作为学校发展的主要战略之一。

上海交大生物医学工程学科成就辉煌、前程似锦

上海交大的生物医学工程系成立于1979年，是我国早建立生物医学工程学科的大学之一。上海交大的生物医学工程学科在教育部的评估中一直在全国名列前茅。上海交大生物医学工程学院有着较雄厚的师资力量：其教学研究人员主要来自于Med-X研究院以及原生命技术学院的生物医学工程系，这二个院系于2011年合并成为生物医学工程学院。现有教授24人，副教授20人，其中中国工程院院士1人，国家重大基础研究计划“973计划”首席科学家2人，国家“千人计划”3人，其中包括全国高校中首位国家“超千人计划”的学者、原美国加州大学洛杉矶分校副校长何志明教授。学院师资的学术成就也受到了国际认可：何志明教授是美国工程院院士，徐学敏院长于2012年当选为美国著名的机械工程学会（ASME）会士，原美国弗吉尼亚大学终身正教授邵志峰是美国艺术与科学院院士，庄天戈教授于2013年当选为美国医学与生物工程学会（AIMBE）会士。学院拥有一批优秀的、具有丰富海外经验的教师，49名全职专业教师中共有28名具有海外博士学位或海外博士后经历，长期聘用的外籍教师有4名，短期聘任的外籍教师有5名。

在科研方面，学院的师资曾获得国家科技进步一等奖一项、教育部自然科学二等奖1项、上海市科技进步二等奖2项等多项、省市级科技奖。学院的教授们还获得了科技部973首席项目3项、国家自然科学基金重点项目3项。学院的教师在近年来还在Nature系列杂志等一系列国际一流杂志上发表了一系列科研论文，并在一些国际著名期刊中担任副主编或编委的职务。在产业化方面，研发了大量医疗仪器装备并加以产业化，例如良性前列腺增生热疗、肾结石粉碎机等仪器装备已获得了推广应用，其中肾结石粉碎机已经产生了超过三亿元的产值；相控超声治疗肿瘤属国内首开先河，高强度聚焦超声肿瘤治疗仪也已在市场上推广。生物医学工程学院/Med-X研究院还与交大附属医院等单位联合创建了多个联合研究中心。

在教学方面。学院曾获“全国百篇优秀博士论文奖”2项、上海市优秀博士论文奖1项。学院的教师还曾获得过“教学奖一等奖”等多项教学奖。三十多年来已经有超过1千名的学生毕业于本专业，很多毕业生已经成为了国内外研究机构、企业或政府部门的人物，他们包括中国“3G技术”的创始人、全国科技进步一等奖获得者徐广涵博士，上海交大校长助理、长江特聘教授徐学敏博士，美国普渡大学终生教授张虹博士，我国的医疗器械公司 – 迈瑞公司的创始人成明和等。为了更好地培养学生，学院在近年来采取了一系列的改革，比如在本科生中自一年级起就由学院的优秀教师担任学生的“导师”。在研究生的国际化教学方面，学院两年来先后和美国Drexel大学、瑞典皇家工学院（KTH）联合建立了“双博士学位项目”，并和美国西北大学联合建立了“双硕士学位项目”。和德国海德堡大学医学院的“双博士学位项目”协议也将在近期签订。在国际化本科教学方面，学院和明尼苏达大学和瑞典KTH开展了本科生国外实习及学生交换项目。

总体来说，上海交大的生物医学工程学科已在肿瘤物理治疗仪器研发等领域达到了国际先进水平，而在数字医学、康复工程、神经科学和工程、纳米生物医学等生物医学工程学科的关键研究领域也处于国内地位，拥有多位在国际上有一定影响的学者。依托上海交大一流的理工科和包括了十二所附属三级甲等医院的一流临床医学学科，充分利用上海的地理优势，居全国首位的生物医药产业，上海交大的生物医学工程学科快速向国际一流发展的势头众人瞩目。