這個實驗室有把看不見的"刀" 能"殺"癌變組織

　　超聲醫學工程國家重點實驗室

　　這個實驗室有把看不見的“刀”能隔空“殺”癌變組織

3月29日，超聲醫學工程國家重點實驗室，王智彪（右）在指導臨床醫生為患者做術前檢查。記者 崔力 攝/視覺重慶

3月29日，超聲醫學工程國家重點實驗室，技術人員正在進行實驗准備。記者 崔力 攝/視覺重慶

4月18日，中國自研“海扶刀”腫瘤治療技術落地墨西哥。新華社發

　　1、2、3……短短3秒，被置於水面上的有機玻璃板就瞬間融化，可當實驗人員將手放到玻璃板下方，卻毫發無損。

　　這是魔術麼？

　　“不，這是聚焦超聲治療技術，是我們的原始創新。”超聲醫學工程國家重點實驗室主任王智彪教授底氣十足地說，這項技術已研究了33年，讓我國在高強度聚焦超聲領域居於國際領先地位。

　　連日來，重慶日報記者走進超聲醫學工程國家重點實驗室的基礎實驗室、超聲治療基礎研究室、高能聲學實驗室，一探原始創新的究竟。

　　基礎實驗室：目標瞄准無創治療

　　實驗室探秘：

　　在牛肝上“寫字”

　　一提到牛肝，你會想到什麼？麻辣鮮香的火鍋？

　　但在位於重慶醫科大學生命科學研究院二樓的基礎實驗室裡，牛肝卻是聚焦超聲技術最為原始的實驗材料。

　　4月20日，走進實驗室，記者首先看到在左側一排架子上排列著20多個器皿，裝著牛肝、羊肝、乳腺組織等。

　　“這些都是聚焦超聲實驗的作品。”王智彪指著其中一塊牛肝說，這裡依次排列著3個小白點，我們叫它“刀尖”，即聚焦超聲切除腫瘤時的凝固性壞死點。以往在做實驗時，要檢測“刀尖”的精准性，我們通常會用牛肝當實驗材料，打完后將牛肝一片片切開，觀察“刀尖”是否打在預定的位置上。

　　最特別的是兩片薄薄的牛肝，被繩子固定在器皿中，牛肝上用聚焦超聲寫了“中國”兩個字。這兩個字顏色雖然有點發白，卻很方正，十分震撼。

　　科技背后的故事：

　　年復一年的實驗，攻克世界級難題

　　其實，這項研究從1988年就開始了。當年，王智彪組建超聲生物學效應課題組進行相關研究，該課題組就是超聲醫學工程國家重點實驗室的前身。

　　“這是一場世界范圍內的科技競賽。”王智彪說，上世紀40年代，美國學者最先提出用高強度聚焦超聲從體外對體內疾病實施無創治療的概念，這一誘人的設想吸引美、德、英、日等發達國家進行了半個多世紀的探索，但由於超聲在生物組織內聚焦規律的復雜性，無創治療這一夢想始終被擱淺在研究階段。

　　超聲波在生物組織內聚焦是世界級難題，課題組卻知難而進。

　　超聲波換能器發射面與聚焦點橫截面之間的合適比值是多少？課題組做了數千次實驗，最后才得出最安全有效值。

　　聚焦點橫截面直徑控制在什麼范圍最佳？又是數千次實驗，終於得出最佳效果參數。

　　在用大動物豬做實驗時，又一個難題橫亙於前：超聲波往往沒有損毀病變聚焦點，卻使正常組織大面積損傷。

　　為摸索超聲波既殺死腫瘤而不損傷周圍正常組織的路徑，從1994年到1996年，實驗做了整整3年。

　　王智彪說，正是每年用上萬隻的動物，幾千公斤的動物內臟日復一日、年復一年的上千次、萬次的實驗，失敗-分析-再實驗，才在世界上首次建立起了聚焦超聲領域的基礎理論體系。

　　超聲治療基礎研究室：海扶刀“穩准快”

　　實驗室探秘：

　　有機玻璃板3秒被融化

　　如果說基礎實驗室符合了普通人對實驗室的想象，與之一牆之隔的超聲治療基礎研究室就是動真格的了。

　　實驗室裡放著一台海扶刀?聚焦超聲腫瘤治療系統，它“長得”和普通手術床差不多，但在中間有一個被置於水中的凹面超聲波換能器。

　　為直觀了解海扶刀?聚焦超聲腫瘤治療系統，實驗人員王琦現場為記者展示有機玻璃板被融化的全過程，於是出現了文章開頭那一幕。

　　接下來，王琦又將一個正方形的體模（仿生材料）放在水面上。體模摸起來軟軟的，有點像果凍，“這是我們后來研發的仿生材料，模擬人體組織，從而直觀地觀察形成‘刀尖’的過程和治療效果。”

　　在啟動換能器2秒后，體模內出現一個小白點，並逐漸增大，變成米粒大小。

　　王智彪解釋說，傳統手術是在肚子上開一個口子，其實肚子表面是沒有病的，是肚子裡面的器官有病，但我們進不去，所以要劃一刀打開肚子。如今的微創手術是在肚子上打幾個洞，但面對有病的器官，也是一刀一刀地切。而聚焦超聲治療技術不需要開刀，也不需要打孔，通過將體外發射的超聲波聚焦到體內病灶組織，把病灶組織殺死，而器官表面、肚皮都不會受損。

　　不過，為了這短短的3秒鐘，研究實驗卻做了33年。

　　科技背后的故事：

　　實驗室裡的“25點工作制”

　　1997年，經四川省教委批准，重慶醫科大學醫學超聲工程研究所誕生。

　　“當時，實驗條件很艱苦，解剖兔子隻能在走廊上，細胞培養、器械消毒要跑到組胚實驗室，動物也要自己喂養。”重慶醫科大學生物醫學工程學院辦公室主任杜永洪回憶道。

　　學校綜合大樓建成后，研究所終於有了200平方米的實驗場地。從此，王智彪及其團隊開始了臨床前實驗樣機的研制和實驗研究工作，真正形成了醫工交叉融合的科研隊伍。

　　在我們看到的這台海扶刀?聚焦超聲腫瘤治療系統之前，實驗室先后研制了四代實驗樣機。“第一代是買理療超聲設備改裝的，后來發現能量不夠，我們又研發第二代、第三代設備，並進行大動物實驗。”王智彪說，超聲波是有能量的，就像太陽光，晒久了會燒傷，超聲波雖然是機械波，平均能量很低，但能量聚集就會造成損傷。

　　在用動物豬做實驗時，他們發現要麼豬的皮膚被燒傷，要麼偶爾在體內出現一個焦點，很長一段時間，都找不到一個安全有效的參數。

　　為了不斷改進技術，從王智彪到團隊每一個人，早上8點進入實驗室，晚上10點離開是常態。

　　有一次，當他們翻看實驗記錄時，發現負責做實驗記錄的人記錄了一個25點，但一天隻有24小時，“我們的工作從24點延續到25點，新的一天又開始了，大家看了不是沮喪，是驕傲，是自信。后來我們都幽默地稱之為25點工作制。”說到這裡，王智彪嘴角微微上揚。

　　2002年，王智彪所負責的實驗室被科技部批准為省部共建國家重點實驗室培育基地。當年，學校規劃了圖書館5樓1200平方米的實驗室。此后，又搬至生命科學研究院，實驗室面積達到4000多平方米。

　　高能聲學實驗室：實現亞波長量級精細聚焦

　　實驗室探秘：

　　神秘大家伙能碎金剛石

　　聚焦超聲的能量有多強？4月21日記者走進位於兩江新區照母山腳下的高能聲學實驗室，王智彪透露了答案：109Pa。

　　記者看到，實驗室裡藏著一個神秘的大家伙，它“肚皮”圓圓的，蓋著嚴實的蓋子。

　　“別看它其貌不揚，卻能聚焦高達109Pa量級的穩態超高聲壓。”王智彪介紹，超聲波是機械波，過去我們靠力的疊加讓能量聚集在一點，但明顯達不到高強度，於是，團隊在此基礎上加入了超聲波的共振，使能量聚焦在一個點上，“就像圖釘效應一樣，我的手無法按進桌子裡，但把力量匯聚在釘尖上，就能將圖釘釘進桌子。”

　　109Pa有多強呢？王智彪說，我們現在的實驗材料放進去都會被打碎，即使是最堅硬的單晶金剛石。

　　“這套儀器系統突破了現有的傳統行波聚焦方式，實現了亞波長量級精細聚焦。”王智彪說，這也是真正的“國之重器”，保持著我國在高強度聚焦超聲領域的國際前沿地位。

　　在實驗室玻璃門外，有幾台電腦，是科研人員記錄及操作實驗的地方。在其中一台電腦上，記者看到9個光亮程度不同的光點，這些光點正是超聲波聚焦點發出的光。

　　“超聲波每秒會聚焦64萬次，每一次都有聚焦的過程，在不同壓力下，每次聚焦都會發光。”王智彪說。

　　王智彪介紹，通過這些實驗，可為生物醫學、物理學、化學和材料學等學科領域提供一個全新的研究平台，從而帶動相關學科發展。

　　科技應用：

　　治療各類實體腫瘤患者超過17萬例

　　王智彪介紹，在重慶醫科大學、重醫附二院的支持下，重慶海扶醫療科技股份有限公司實現了產學研用深度融合。1999年全球首台體外聚焦超聲腫瘤治療系統海扶刀?在重醫附二院投入使用。目前，團隊研制的系列聚焦超聲治療設備已出口至28個國家和地區，治療各類實體腫瘤患者超過17萬例。

　　重慶海扶醫院也是全世界第一家微無創治療醫院，代表著聚焦超聲治療技術的最高應用水平。

　　本報記者 李珩