聚焦超声消融手术全球协同服务中心远程控制室。
超声医学工程国家重点实验室入口处。
超声医学工程国家重点实验室科研人员正在进行实验。
聚焦超声肿瘤治疗系统操作展示。
海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统JC200。（超声医学工程国家重点实验室供图）
日前，在第四届中国西部国际投资贸易洽谈会重庆馆，一把“手术刀”引起与会人员格外关注。
这把“手术刀”并非真正的“刀”，它没有“刀柄”，也看不见“刀尖”，却可以穿过人体，在不造成身体正常组织损伤的情况下，在体外把体内的癌变组织“杀死”。
这把具有神奇魔力的“手术刀”——海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统，是超声医学工程国家重点实验室产学研用转化平台的原创。
近日，记者走进超声医学工程国家重点实验室，去探寻这把隔“山”打瘤“手术刀”的奥秘。
实验室名片
超声医学工程国家重点实验室是我国在超声医学领域唯一的国家重点实验室，围绕强声学与声学效应、多模态影像监控与智能精准治疗、超声治疗临床研究与大数据等前沿理论和关键技术，开展聚焦超声治疗的基础性、前沿性研究，在世界上首次建立聚焦超声领域的基础理论体系，使我国在高强度聚焦超声领域的研究保持国际前沿地位。
该实验室产学研用转化平台不断研发升级的海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统，是我国首台完全自主知识产权的大型聚焦超声医疗设备，让体外无创治疗体内疾病成为现实。实验室多项科研成果先后获国家技术发明奖、国家科学技术进步奖等奖项。
1从“0”到“1”的突破
研制出中国首台完全自主知识产权的大型医疗设备
超声医学工程国家重点实验室，坐落于重庆医科大学校园内。2020年3月，科技部和重庆市政府联合发文批准省部共建该实验室。
在实验室超声治疗基础研究室，记者见到了海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统。其外观看起来与核磁共振或CT设备差不多，不同的是床体中间有一个置于水中的凹面超声波换能器。
为了让记者更直观地了解该设备，研究人员现场用有机玻璃做了一个实验。
只见研究人员将一片有机玻璃放置于水面之上，水底的超声波换能器启动，有机玻璃上瞬间出现了高温灼烧的白点。而研究人员把手伸进水面，在有机玻璃与水底之间来回拂动，却没有任何损伤。
“在实际治疗过程中，患者俯卧在治疗床上，医生点击鼠标就能进行手术治疗。”超声医学工程国家重点实验室副主任白晋介绍，该设备的技术原理是利用超声波良好的组织穿透性和可聚焦性等物理特性，将体外发射的无数束低声强超声波精确聚焦于体内病灶组织处，焦点处的高温会使病灶组织发生不可逆的凝固性坏死，从而杀死肿瘤细胞。
通俗地讲，就是在体外将超声波聚焦起来，在人体内形成一个焦点，破坏肿瘤，实现体外对体内疾病的无创治疗。“就像武侠小说里的‘隔山打牛’，整个治疗过程不开刀、不出血、创伤小。”科研人员介绍，目前，该设备被广泛应用于治疗子宫肌瘤、肝癌、乳腺癌、骨癌等多种疾病。
如此“神奇”的设备和技术，得益于科研团队数十年如一日的科研攻关。
超声医学工程国家重点实验室主任王智彪教授致力于这一领域研究30余年，带领团队在全球率先突破聚焦超声消融手术治疗肿瘤的关键核心技术，并研制出中国首台完全自主知识产权大型医疗设备海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统。
事实上，记者看到的这台海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统已是第四代设备。据介绍，研究团队先后研制了四代实验样机，第一代实验样机是由理疗超声设备改装而来，由于能量不够，后来又先后研发了第二代、第三代、第四代设备。
当时，这是一个全新的领域，世界上根本没有同类型的成功案例及资料可供借鉴，研发过程困难重重。
超声波需要聚焦多少倍，怎样做才能在不伤及正常组织和器官的前提下精准消融不同部位的肿瘤组织？临床试验中采用什么样的方案才能实现更有效的治疗……科研团队历经成千上万次“实验—失败—分析—再实验”的往复循环，终于弄清楚系列问题，攻克了超声波在生物组织内聚焦这一世界级难题，在世界上首次建立起了聚焦超声领域的基础理论体系。
以聚焦超声基础理论体系和技术为支撑，科研团队研制出海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统，实现了相关领域我国完全自主知识产权大型医疗设备从“0”到“1”的突破。2002年，海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统首次出口英国，从此改写了我国没有出口自主知识产权大型高端医疗设备的历史。
此后，该实验室产学研用转化平台不仅持续研发升级海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统，还不断创新探索，先后研制出治疗慢性软组织损伤疾病的“海极针”、治疗过敏性鼻炎的“海极翼”等多款聚焦超声治疗设备。
2 5厘米肿瘤术时从1小时缩减到10分钟
该项技术让我国在高强度聚焦超声领域继续保持国际前沿地位
走进实验室超声生物效应研究室，一排架子引起记者注意。架子上放着20多个器皿，分别装有牛肝、羊肝、乳腺组织等。白晋指着上面的白点说，这就是聚焦超声切除肿瘤时的凝固性坏死点，也叫“刀尖”。
海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统是没有皮肤切口的无创治疗，如何做到精准、安全、高效？
首先必须让“刀”更锋利、更快。
记者了解到，海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统于1999年应用于临床治疗，经过20余年的发展，历经数次更新迭代，设备和技术已经日趋成熟，但科研人员从未止步于此。
“找到聚焦效能更高的聚焦方法，一直是我们的研究重点之一。”超声医学工程国家重点实验室副主任李发琪介绍，目前海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统使用的是壳式聚焦换能器，焦点声压达到107Pa。为形成更高能量量级的声压，团队牵头实施国家重大科研仪器设备研制专项，研制出球形聚焦集声系统。这套系统突破了现有的传统行波聚焦方式，采取球形聚焦的方式，实现了亚波长量级精细聚焦，可以在焦点处形成高达109Pa量级的稳态超高声压。
109Pa意味着什么？自然界中天然存在的最坚硬的物质——金刚石可以被瞬间击碎。
“如果应用到临床治疗中，无疑会让海扶刀®的‘刀尖’更加锋利，大幅提升治疗效率，这对于治疗某些器官血供丰富的病灶至关重要。”李发琪谈到，一个5厘米的肿瘤消融手术，现在大概需要1小时，未来将球形聚焦技术应用在临床手术中，手术时间将缩短至10分钟。
今年3月，球形聚焦集声系统顺利通过国家自然科学基金会项目验收后评估。目前，实验室产学研用转化平台研发团队正对球形聚焦技术进行临床试验，一旦成熟即可应用于临床治疗。该项技术也让我国在高强度聚焦超声领域继续保持国际前沿地位。
李发琪介绍，创造极端的能量条件，其利好不仅限于医学领域，还将为物理学、化学、材料学等学科领域发现新现象、新效应，以及开展新应用提供全新的研究手段，带动相关学科发展。下一步将力争突破更高量级的稳态超高声压。
磨利了“刀”，还需要让“眼睛”更亮，看得更清、更准。
目前，海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统采取的是融合超声影像和核磁共振影像的形式，进行病灶的三维重建，将“刀尖”精准置于预定的位置，帮助医生精准、安全、有效地完成治疗。
记者看到，在由四台电脑屏幕组成的“田”字大屏上，每个小屏幕显示着不同的影像。李发琪说，这里有不同的模块，比如灰阶模块，电脑就会精准判断出肿瘤组织发生凝固性坏死的灰阶值，避免肉眼误判。
据了解，实验室产学研用转化平台正努力探索发展多模态、多种影像融合的新技术，以及影像数字化解剖、影像数字化病理，让这把“手术刀”看得更清、更准，推动聚焦超声技术实现进一步突破。
3从“面对面”到“屏对屏”
有望实现远程协同千里“遥控”消融肿瘤
依托海扶刀®和5G网络技术，医生和患者即使相隔数千里，也将可以实施聚焦超声消融手术。这是医学界的一次创新探索，不仅可以助力提升基层医疗水平及服务水平建设，也为将来跨地区、甚至跨国开展远程聚焦超声消融手术奠定了基础。可以想见，未来，无论患者在哪里，都能有机会享受优质的医疗资源和医疗服务。
据了解，实验室产学研用转化平台研发团队始终以“聚焦超声治疗让更多患者受益”为使命，早在2015年就开始布局建立聚焦超声消融手术全球协同服务中心，充分发挥远程协同技术的优势，以“屏对屏”“线连线”的方式向全球用户医院提供远程手术技术支持与服务。
在位于重庆两江新区的协同服务中心内，大屏幕上实时显示着各地用户医院使用的海扶刀®治疗设备状态。
“国内、国际所有用户医院的海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统都可与协同服务中心远程互联，并且我们的医生和工程师都在协同服务中心24小时轮流值班。”白晋告诉记者，通过远程协同，不仅能够及时发现问题，还能实现对临床疑难病症的诊治指导及数据分析，提高治疗的安全性、有效性。
如今，海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统已在国内300余家、国际80余家医院投入使用，在全球29个国家和地区累计保器官治疗良恶性肿瘤超过20万例。
为了规范技术和方法，实验室产学研用转化平台还先后牵头制定了高强度超声肿瘤治疗系统临床应用指南、聚焦超声消融手术临床应用技术规范专家共识等。此外，实验室产学研用转化平台还着力深度融合聚焦超声治疗、互联网医疗、人工智能、大数据、AI等技术，让聚焦超声治疗更加智能化、数字化、网络化，从而让更多患者受益。
从“0”到“1”，从“107Pa”到“109Pa”，从“面对面”到“屏对屏”，让手术治疗更快、更精准，让病人所受的伤害更小……不断探索创新，超声医学工程国家重点实验室的团队仍然在路上。（本报记者乔子轩通讯员曹永欢）