聚焦超声治疗技术：33 年原始创新，让我国领先国际

这是魔法吗？

“不是，这是聚焦超声治疗技术，我们的原始创新。”国家超声医学工程重点实验室主任王志彪教授自信地说，这项技术经过33年的研究，使我国在高强度聚焦超声领域处于国际领先地位。

连日来，重庆日报记者走进超声医学工程国家重点实验室基础实验室、超声治疗基础研究实验室、高能声学实验室，探寻原始创新成果。

实验室名片

超声医学工程国家重点实验室

历史基因

该实验室依托重庆医科大学，于2020年3月经国家科技部和重庆市政府正式批准建设运行，是我国超声医学领域唯一的国家重点实验室。

研究方向

以国际领先的超声治疗技术为主线，研究重点围绕强声学与声学效应、多模态成像监测与智能精准治疗、超声治疗临床研究与大数据三大领域。

技术技能

在国际上首次建立了聚焦超声领域基础理论体系，使我国在高强度聚焦超声领域保持国际领先地位。公司研制的世界首台体外聚焦超声肿瘤治疗系统HIFU®已出口英国、德国、日本等28个国家和地区，累计治疗各类实体肿瘤患者17万余例。

辉煌历史

作为牵头单位承担了国家和地方科研项目100余项，其中国家重大仪器专项1项、国家973计划项目1项、国家“十二五”科技支撑计划1项、国家“十一五”科技支撑计划2项、国家自然科学基金重点项目3项、杰出青年基金项目1项，获批科研经费逾亿元。

基础实验室：针对性非侵入性治疗

实验室探索：牛肝上的“书写”

说到牛肝你会想到什么？香辣可口的火锅？

但在重庆医科大学生命科学研究院二楼的基础实验室里，牛肝却是聚焦超声技术最原始的实验材料。

4月20日，进入实验室，记者首先看到左侧一排架子上排列着20多个容器，里面装有牛肝、羊肝、乳腺组织等。

3月29日，超声医学工程国家重点实验室，王志彪（右）指导临床医生为患者进行术前检查。记者崔莉/视觉重庆摄

“这都是聚焦超声实验的作品。”王志彪指着一块牛肝说道。这里面有三个依次排列的小白点，我们称之为“刀尖”，也就是聚焦超声去肿瘤时的凝固性坏死点。以前我们做实验的时候，一般会用牛肝作为实验材料，来测试“刀尖”的精准度。实验结束后，我们把牛肝切成小块重庆医科大学正方系统，观察“刀尖”是否打到了预定的位置。

最特别的是两片薄薄的牛肝，用绳子固定在容器里，牛肝上用聚焦超声写着“中国”二字，这两个字虽然颜色有些发白，但却十分方正，令人震撼。

技术背后的故事：年复一年的实验，解决世界级难题

其实这项研究早在1988年就已开始，当时王志彪就成立了超声生物效应研究组，开展相关研究，这个研究组就是超声医学工程国家重点实验室的前身。

“这是一场世界性的科技竞赛。”王志彪说，20世纪40年代，美国学者首次提出了利用高强度聚焦超声从体外对体内疾病实施无创治疗的构想。这一诱人的设想吸引了美、德、英、日等发达国家进行了半个多世纪的探索。但由于超声在生物组织中聚焦规律的复杂性，无创治疗的梦想始终搁浅在研究阶段。

将超声波聚焦在生物组织内是一项世界级的挑战，但研究团队尽管面临挑战，仍在不断前进。

超声波换能器的发射面与聚焦点的截面比例到底是多少比较合适呢？研究团队进行了上千次实验，才最终得出最安全、最有效的值。

焦点横截面直径的最佳范围是多少?经过上千次的实验，我们终于找到了最优的参数。

而在猪等大型动物身上进行实验时重庆医科大学正方系统，又面临另一个问题：超声波往往无法破坏病灶焦点，却会对正常组织造成大面积损伤。

为了探索超声波如何杀死肿瘤而不损伤周围正常组织，该实验从1994年到1996年持续了三年。

王志彪说，正是通过每年使用上万只动物、上千公斤的动物器官，经过日复一日、年复一年成千上万次的实验，失败—分析—再实验，才在国际上首次建立了聚焦超声领域的基本理论体系。

超声治疗基础研究实验室：HIFU刀“稳、准、快”

实验室探索：有机玻璃在 3 秒内融化

如果说基础实验室满足了普通人对于实验室的想象，那么，一墙之隔的超声治疗基础研究实验室则是认真的。

实验室里有一台HIFU®聚焦超声肿瘤治疗系统，它看上去跟普通的手术台差不多，但中间有一个凹陷的超声换能器，置于水中。

为了让记者对HIFU®聚焦超声肿瘤治疗系统有一个直观的了解，实验员王琪向记者演示了有机玻璃板融化的整个过程，从而产生了文章开头的场景。

接下来，王琪把一个方形的幻影（仿生材料）放在水面上。幻影摸起来软软的，有点像果冻。“这是我们后来研发出来的仿生材料，模拟人体组织，这样我们就能直接观察到‘刀尖’的形成过程和治疗效果。”

换能器启动两秒后，幻影中出现了一个小白点，并逐渐长大，直到米粒大小。

4月18日，我国自主研发的“HIFU”肿瘤治疗技术登陆墨西哥。新华社

王志彪解释，传统手术是在腹部开一个口子，其实腹部表面是没有病变的，但是腹部里面的脏器有病变，但是我们又进不去，所以要开个口子，把腹部打开。现在的微创手术，是在腹部开几个口子，但是面对病变脏器，也是一一切开。而聚焦超声治疗技术，不需要开刀，也不用钻孔，是把体外发射的超声波聚焦到体内病变组织上，杀死病变组织，而脏器表面和腹部不会受到损伤。

然而，这短短的3秒，却经过了33年的研究和实验。

科技背后的故事：实验室里的“25小时工作制”

1997年，经四川省教委批准，成立重庆医科大学医学超声工程研究所。

“当时实验条件非常艰苦，只能在楼道里解剖兔子，还要去组胚实验室进行细胞培养、仪器消毒，还要自己给动物喂食。”重庆医科大学生物医学工程学院办公室主任杜永红回忆道。

学校综合楼建成后，研究所终于有了200平方米的实验场地，从此，王志彪和他的团队开始了临床前实验样机的开发和实验研究，真正形成了医工结合的科研团队。

3月29日，超声医学工程国家重点实验室，技术人员在准备实验。记者崔莉/视觉重庆摄

在我们看到的HIFU®聚焦超声肿瘤治疗系统之前，实验室已经研发了四代实验样机。“第一代是购买的物理治疗超声设备改造而来，后来发现能量不够，就研发了第二代、第三代设备，并进行了大动物实验。”王志彪说，超声波是有能量的，就像阳光一样，长时间照射会造成灼伤。超声波虽然是平均能量很低的机械波，但如果能量集中，也会造成损伤。

他们在用动物猪做实验时发现，猪的皮肤要么被烧伤，要么体内偶尔出现病灶，很长时间都找不到一个安全有效的参数。

为了不断精进技术，从王志彪开始大家早上8点进实验室，晚上10点走都是常态。

有一次，他们在翻看实验记录时发现，实验记录的负责人记录了25个点，但一天只有24个小时。“我们的工作从24点持续到25点，新的一天开始了。大家看到后没有沮丧，反而感到自豪和自信。后来，我们都幽默地称之为25点工作制。”说到这里，王志彪嘴角微微扬起。

2002年，王志彪负责的实验室被科技部批准为省部共建国家重点实验室培育基地。当年，学校在图书馆五楼规划了1200平方米的实验室。后来，实验室搬迁到生命科学研究院，实验室面积达到4000多平方米。

高能声学实验室：实现亚波长级精细聚焦

实验室探索：神秘巨人能粉碎钻石

聚焦超声的能量到底有多强？4月21日，记者走进两江新区照母山脚下的高能声学实验室，王志彪揭晓了答案：10⁹Pa。

记者看到，实验室内隐藏着一个神秘的大家伙，它有着圆圆的“肚子”，上面盖着一个严实的盖子。

“虽然看上去不起眼，但能聚焦高达10⁹Pa的稳态超高声压。”王志彪介绍，超声波是一种机械波，过去我们靠力的叠加，把能量集中到一点，但显然做不到高强度。因此，团队在此基础上加入了超声波共振，把能量集中到一点。“这就好比图钉效应，我的手压不进桌子，但把力集中在钉尖上，就能把图钉钉进桌子。”

“10⁹Pa是多大强度？”王志彪说，我们现在的实验材料放进去都会碎，哪怕是最坚硬的单晶金刚石。

“这套仪器系统突破了现有的传统行波聚焦方式，实现了亚波长级的精细聚焦。”王志彪说，这也是保持我国在高强度聚焦超声领域国际领先地位的真正的“国宝级”技术。

实验室玻璃门外，摆放着数台电脑，研究人员在这里记录和操作实验。在其中一台电脑上，记者看到九个亮度不一的光点，这是超声波聚焦后发出的光。

“超声波每秒钟会聚焦64万次，每次都有一个聚焦的过程，在不同的压力下，每次焦点都会发光。”王志彪说。

王志彪介绍，通过这些实验网校哪个好，可以为生物医药、物理学、化学、材料科学等学科提供新的研究平台，从而带动相关学科的发展。

技术应用：治疗超过17万例各类实体肿瘤患者

王志彪介绍，在重庆医科大学及重庆医科大学附属第二医院的支持下，重庆海扶医疗科技股份有限公司实现了产学研用深度融合。1999年，全球首台体外聚焦超声肿瘤治疗系统海扶刀®在重庆医科大学附属第二医院投入使用。目前，该团队研发的系列聚焦超声治疗设备已出口到28个国家和地区，累计治疗各类实体肿瘤患者17万余例。

重庆海扶医院也是全球首家微创治疗医院，代表了聚焦超声治疗技术应用的最高水平。

高层对话

超声医学工程国家重点实验室主任王志彪：

要让我国聚焦超声无创治疗技术站在世界前列

聚焦超声肿瘤治疗系统

当提到超声医学工程时，王志彪语速很快，充满激情。

“原始创新之路，是靠艰苦奋斗得来的，我愿意把这个过程分享给大家，为中国走自主创新道路提供样本。”4月21日，超声医学工程国家重点实验室主任王志彪对记者说。

重庆日报：您当初为什么关注聚焦超声无创治疗技术？

王志彪：我以前是妇产科医生，1983年的时候，我遇到过一个做了子宫切除手术的病人，她说她很感谢我，手术两年后，她的病确实好了，但是她却离婚了。

这让我意识到，一些手术，比如切除子宫或乳房，对患者的伤害可能比疾病本身还要大。因此，我觉得自己有责任发明一种全新的手术方法，不仅可以治愈疾病，还可以保留器官，让患者的生活更美好。

重庆日报：这个过程很艰难，是什么支撑你们坚持原始创新？

王志彪：原始创新是需要艰苦奋斗的，这个过程可能要二三十年，不能急功近利。

在研究聚焦超声的过程中，我们把聚焦超声去瘤时产生的凝固性坏死点称为“刀尖”，这个“刀尖”是研究聚焦超声去瘤的有效性、安全性和剂量的基础。但在早期的动物实验中，并不是每一次聚焦超声都会产生凝固性坏死点，大多数情况下是不会出现的。如何解决这个问题让我们很苦恼。

突然有一天，在小香猪的肝脏上集中照射了20个点，每个点都出现了凝固性坏死，同时每个凝固性坏死点边界清晰，大小可控，是理想的“刀尖效应”。

我当时高兴得哭了，这也是聚焦超声研究史上的一个里程碑，为了纪念这件事，我们给这只小香猪取名为“海福猪”，还给它立了一座纪念碑。

重庆日报：实验室未来将如何发展？

王志彪：未来我们将围绕国际领先的超声治疗技术，重点布局强声学与声学效应、多模态影像监测与智能精准治疗、超声治疗临床研究与大数据三大研究方向，继续依托产学研用协同创新体系，以大产业带动大科学发展，同时通过进一步大科学研究，支撑原始创新产业集群，让我国聚焦超声无创治疗技术，站在世界前列。

记者：李恒

视频记者：崔莉

视觉：谭震

后来：夏琳