肿瘤热疗加热技术的现状与进展
本文作者林世寅先生，天津市肿瘤研究所研究员，国家级突出贡献专家，亚洲肿瘤热疗学会理事，中国肿瘤热疗协会及中国医学物理学会常务理事; 冯健先生，美国加州大学神经科学系医学博士。
一、肿瘤热疗的效果及加热技术的作用
肿瘤热疗(Hyperthermia)或称加温治癌、温热治癌、高温治癌等，是用加热方法治疗肿瘤，近30年来获迅速发展，在临床上已显出很好的发展前景; 其最大特点是可增加放疗化疗效果又无毒副作用，尤其对某些局部肿瘤的控制作用往往是其它方法无法比拟的，对一些转移的肿瘤也已开始研究。大量临床报告表明，热疗合并放疗治疗某些小的浅表肿瘤(如乳癌的胸壁复发、头颈部转移癌、黑色素瘤及其周边转移结节等等)与常规放疗相比，其肿瘤全消率CR可提高一倍以上(表1)，这一结果为肿瘤热疗学的发展打开了探索之门，并鼓舞了人们攻克其它顽固癌瘤的信心。热疗是一种能使放、化疗增敏的方法，从而可相对减少放、化疗剂量，以减轻毒性反应，达到既能治好病，又为病人可以耐受，此外，热疗与外科、与生物治疗的联合治疗也开始见多报道。
众所周知，影响肿瘤热疗取得高疗效的诸因素中，最关键的当属加热技术。经验表明，随着肿瘤物理加热技术的改进，治疗的病种及疗效将进一步扩大与提高。要进一步推广热疗并取得可靠疗效，就必须对加热技术的“要求、难点、现状及改进方向”有所了解。应当指出，这里的加热技术严格说来应包括加温(热能场的产生)、测温、体模测量(场形测量)、临床剂量(温度监测及热剂量)等四方面物理内容，本文偏重于评论常规热疗的加温技术。
必须说明，由于肿瘤热疗的迅速发展，20世纪90年代末热疗的理念也从43℃左右的常规热疗拓宽而转向汽化(>200℃)，固化(> 65℃，如浅表实体瘤热疗、瘤术中热疗、内镜组织间热疗)，常规热疗(41.5~ 45℃左右)和亚高温(39.5~41.5℃)等四类不同机理的治疗，但相对而言常规热疗的技术较为成熟、毒副作用也小。
二、热剂量的要求及加热技术的难点
对于局部或区域性热疗，多数学者认为理想的加热(或满意的加热)效果应力求做到:
（１）能精确地把100%的癌瘤组织加热到有效治疗温度范围(41.5~45℃)，并维持一段时间(如40~60min)，以使癌细胞受到毁灭性的杀伤与打击。
（２）同时要避免靶区外正常组织的过热(如≯45℃)损伤。
应当认识到，这一临床对加热技术的“理想要求”，只是物理工程学家理想中的奋斗目标，当前我们还无法完全达到这一目标，我们只能针对某一部位的肿瘤，不断改进加热技术与装置，使其能得到相对“满意的加热”，使其尽量逼近或满足这一目标; 这是因为肿瘤组织的异质、血运不一等因素在受热前本身的温度分布就不均匀，而却要求受热后100%肿瘤体积内的温度分布度能较均匀地进入有效治疗温度范围内，可见这一要求的实现是极为苛刻的，也说明了理想加热技术实现的难度。但就目前发展的技术而言，若设备设计、验收及临床应用都能在严格的质量控制规范下监督执行，应当能取得显著效果，甚至有些效果好得出乎人们的预料。
三、局部或区域性加热技术现状与进展
１．加热技术现状、进展与问题
已研究开发出针对不同部位的局部(浅表、腔道、深部、组织间)、区域性深部、肢体和全身等，使用各种能量(如微波、射频、超声、光等)的热疗方法。其中浅表、腔道、组织间加热技术较为成熟，各有其应用范围，我国在这方面做了较多工作，在临床上已有显著效果; 局部深部加热、肢体加热技术逐步趋向完善，区域性加热已在深部肿瘤显出明显效果(如日本射频RF-8容性加热技术，156个中心临床试验: 热 放总有效率54.0%，高于单纯放疗，而热 化总有效率43%，高于单纯化疗25%); 就加热的物理能量来看，各种能量均有其特点和问题(表2)。热疗设备的应用至今仍以微波或射频为主。微波(连续波)加热受穿透深度限制，主要用于外部浅表、腔内或组织间加热; 射频加热主要用于区域性深部肿瘤的外加热或较大范围的组织间加热; 超声具有穿透深度、加热场准直及聚焦的优势，可对在一定深度和相当大的体积范围内的浅表实体瘤进行加热，但超声有不易穿透含气空腔以及骨吸收的问题值得注意，由于解剖部位及技术的限制，超声尚未成为热疗的主流产品。
总的说来，加热技术尚处于发展的初期阶段，虽已取得很大成绩，尚有很大困难有待解决，特别是在深部或区域性加热方面。从根本上讲，由于活组织的受热特性(血流及组织热特性等)极其复杂，其温度分布本身就很不均匀，在未能实现足够精度的无损测温及组织各体积元吸收功率的独立闭环控制之前，难以做到大范围组织的均匀升温。换言之，肿瘤组织要得到满意的加热，首先应当实现对肿瘤分区或分体积元进行加热，即采用多辐射元辐射器进行加热，目前的加热技术与设备正朝此方向发展。
这里我们可把肿瘤热疗设备的发展分为三个阶段: 20世纪70年代以前热疗机实际上是传统的理疗加热设备，无所谓加热辐射器的热场特性及测温仪器等问题，仅凭患者热感来控制加热功率大小进行治疗；70年代末开始发展了第二代肿瘤热疗机，加热辐射器需在标准体模下测出等效组织对加热能量的SAR特性(能率吸收分布图形特性)，以求量化方法来比较和评价辐射器物理加热特性的好坏，并由此可了解有效加热面积EHS (Effective Heat Surface)及有效加热深度EHD (Effective Heat Depth)等，与此同时又强调了热疗时准确测温的重要性，80年代出现了各种单点、多点无干扰测温探头及仪器，逐渐为热疗加热技术的规范化、质量保证提供了基本条件；新一代肿瘤热疗机多采用多元辐射源，即将多个小辐射元按排于一个大辐射器内，试图通过对各辐射元的功率及相位控制，来达到操作和调节加热区SAR的形状和分布。如美国Sigma EYE的环形排列射频24元阵辐射器以及美国SONOTHERM超声16元阵辐射器等，其中SONOTHERM是将辐射器的多元阵化与肿瘤体积的多元化一一对应，治疗时可对肿瘤各体积元的温度分别进行独立闭环控制，以求最大可达15cm×15cm×8cm肿瘤的均匀加热。至于原创始于美国，90年代后期热于我国的射频介入热疗(在肿瘤中心可推出多放射丝勾状电极)及高强度超声聚焦(HIFU)热疗(国内称超声刀)，属于高温固化热疗(局部温度可高达65至100℃)范畴，其定位精度非常重要，目前是在诊断超声引导下进行的定位，近来国外出现开口HIFU磁共振热疗产品，以提高其定位精度。
一、肿瘤热疗的效果及加热技术的作用
肿瘤热疗(Hyperthermia)或称加温治癌、温热治癌、高温治癌等，是用加热方法治疗肿瘤，近30年来获迅速发展，在临床上已显出很好的发展前景; 其最大特点是可增加放疗化疗效果又无毒副作用，尤其对某些局部肿瘤的控制作用往往是其它方法无法比拟的，对一些转移的肿瘤也已开始研究。大量临床报告表明，热疗合并放疗治疗某些小的浅表肿瘤(如乳癌的胸壁复发、头颈部转移癌、黑色素瘤及其周边转移结节等等)与常规放疗相比，其肿瘤全消率CR可提高一倍以上(表1)，这一结果为肿瘤热疗学的发展打开了探索之门，并鼓舞了人们攻克其它顽固癌瘤的信心。热疗是一种能使放、化疗增敏的方法，从而可相对减少放、化疗剂量，以减轻毒性反应，达到既能治好病，又为病人可以耐受，此外，热疗与外科、与生物治疗的联合治疗也开始见多报道。
众所周知，影响肿瘤热疗取得高疗效的诸因素中，最关键的当属加热技术。经验表明，随着肿瘤物理加热技术的改进，治疗的病种及疗效将进一步扩大与提高。要进一步推广热疗并取得可靠疗效，就必须对加热技术的“要求、难点、现状及改进方向”有所了解。应当指出，这里的加热技术严格说来应包括加温(热能场的产生)、测温、体模测量(场形测量)、临床剂量(温度监测及热剂量)等四方面物理内容，本文偏重于评论常规热疗的加温技术。
必须说明，由于肿瘤热疗的迅速发展，20世纪90年代末热疗的理念也从43℃左右的常规热疗拓宽而转向汽化(>200℃)，固化(> 65℃，如浅表实体瘤热疗、瘤术中热疗、内镜组织间热疗)，常规热疗(41.5~ 45℃左右)和亚高温(39.5~41.5℃)等四类不同机理的治疗，但相对而言常规热疗的技术较为成熟、毒副作用也小。
二、热剂量的要求及加热技术的难点
对于局部或区域性热疗，多数学者认为理想的加热(或满意的加热)效果应力求做到:
（１）能精确地把100%的癌瘤组织加热到有效治疗温度范围(41.5~45℃)，并维持一段时间(如40~60min)，以使癌细胞受到毁灭性的杀伤与打击。
（２）同时要避免靶区外正常组织的过热(如≯45℃)损伤。
应当认识到，这一临床对加热技术的“理想要求”，只是物理工程学家理想中的奋斗目标，当前我们还无法完全达到这一目标，我们只能针对某一部位的肿瘤，不断改进加热技术与装置，使其能得到相对“满意的加热”，使其尽量逼近或满足这一目标; 这是因为肿瘤组织的异质、血运不一等因素在受热前本身的温度分布就不均匀，而却要求受热后100%肿瘤体积内的温度分布度能较均匀地进入有效治疗温度范围内，可见这一要求的实现是极为苛刻的，也说明了理想加热技术实现的难度。但就目前发展的技术而言，若设备设计、验收及临床应用都能在严格的质量控制规范下监督执行，应当能取得显著效果，甚至有些效果好得出乎人们的预料。
三、局部或区域性加热技术现状与进展
１．加热技术现状、进展与问题
已研究开发出针对不同部位的局部(浅表、腔道、深部、组织间)、区域性深部、肢体和全身等，使用各种能量(如微波、射频、超声、光等)的热疗方法。其中浅表、腔道、组织间加热技术较为成熟，各有其应用范围，我国在这方面做了较多工作，在临床上已有显著效果; 局部深部加热、肢体加热技术逐步趋向完善，区域性加热已在深部肿瘤显出明显效果(如日本射频RF-8容性加热技术，156个中心临床试验: 热 放总有效率54.0%，高于单纯放疗，而热 化总有效率43%，高于单纯化疗25%); 就加热的物理能量来看，各种能量均有其特点和问题(表2)。热疗设备的应用至今仍以微波或射频为主。微波(连续波)加热受穿透深度限制，主要用于外部浅表、腔内或组织间加热; 射频加热主要用于区域性深部肿瘤的外加热或较大范围的组织间加热; 超声具有穿透深度、加热场准直及聚焦的优势，可对在一定深度和相当大的体积范围内的浅表实体瘤进行加热，但超声有不易穿透含气空腔以及骨吸收的问题值得注意，由于解剖部位及技术的限制，超声尚未成为热疗的主流产品。
总的说来，加热技术尚处于发展的初期阶段，虽已取得很大成绩，尚有很大困难有待解决，特别是在深部或区域性加热方面。从根本上讲，由于活组织的受热特性(血流及组织热特性等)极其复杂，其温度分布本身就很不均匀，在未能实现足够精度的无损测温及组织各体积元吸收功率的独立闭环控制之前，难以做到大范围组织的均匀升温。换言之，肿瘤组织要得到满意的加热，首先应当实现对肿瘤分区或分体积元进行加热，即采用多辐射元辐射器进行加热，目前的加热技术与设备正朝此方向发展。
这里我们可把肿瘤热疗设备的发展分为三个阶段: 20世纪70年代以前热疗机实际上是传统的理疗加热设备，无所谓加热辐射器的热场特性及测温仪器等问题，仅凭患者热感来控制加热功率大小进行治疗；70年代末开始发展了第二代肿瘤热疗机，加热辐射器需在标准体模下测出等效组织对加热能量的SAR特性(能率吸收分布图形特性)，以求量化方法来比较和评价辐射器物理加热特性的好坏，并由此可了解有效加热面积EHS (Effective Heat Surface)及有效加热深度EHD (Effective Heat Depth)等，与此同时又强调了热疗时准确测温的重要性，80年代出现了各种单点、多点无干扰测温探头及仪器，逐渐为热疗加热技术的规范化、质量保证提供了基本条件；新一代肿瘤热疗机多采用多元辐射源，即将多个小辐射元按排于一个大辐射器内，试图通过对各辐射元的功率及相位控制，来达到操作和调节加热区SAR的形状和分布。如美国Sigma EYE的环形排列射频24元阵辐射器以及美国SONOTHERM超声16元阵辐射器等，其中SONOTHERM是将辐射器的多元阵化与肿瘤体积的多元化一一对应，治疗时可对肿瘤各体积元的温度分别进行独立闭环控制，以求最大可达15cm×15cm×8cm肿瘤的均匀加热。至于原创始于美国，90年代后期热于我国的射频介入热疗(在肿瘤中心可推出多放射丝勾状电极)及高强度超声聚焦(HIFU)热疗(国内称超声刀)，属于高温固化热疗(局部温度可高达65至100℃)范畴，其定位精度非常重要，目前是在诊断超声引导下进行的定位，近来国外出现开口HIFU磁共振热疗产品，以提高其定位精度。
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