高强度聚焦超声正在替代某些传统外科手术，这项技术的研究者致力于让外科切口成为往事。
开放手术（open surgery）往往需要在治疗效果与侵入性操作所带来的风险之间进行权衡。以子宫肌瘤（uterine fibroids）的外科手术为例，传统手术方式意在切除肌瘤或切除整个子宫，虽然能够有效清除病灶，但常伴随出血、感染、术后恢复时间延长，甚至有损生育能力。
中国重庆医科大学、妇产科专家王智彪教授认为：“这不仅对患者的身体和心理健康造成显著负担，也会降低其未来妊娠的可能性。我们急需伤害性更小的治疗替代方案。”
20世纪90年代末，王智彪教授和同事成功研制出全球首套医用高强度聚焦超声系统（high-intensity focused ultrasound, HIFU）。此后数十年间，他的团队不断优化这项技术，致力寻求在诸如子宫，乳腺，骨组织和肝脏等手术领域的更佳方案。
聚焦超声
王智彪教授参与创立了重庆海扶科技股份有限公司（Chongqing Haifu Technology），实现了HIFU技术的商业化，并于1999年开始生产设备。目前，海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统已在中国，以及包括英国、德国、日本在内的37个国家和地区应用于临床，主要用于实体良恶性肿瘤的治疗。
目前，王智彪教授在重庆医科大学超声医学工程国家重点实验室领导一支研究团队，持续推动该技术发展。他们希望能进一步拓展其在更多疾病治疗及预防医学中的应用，并探索其在脑部疾病治疗中的应用。
作为HIFU的临床应用形式，聚焦超声消融手术（focused ultrasound ablation surgery, FUAS）通过将体外的超声波穿过正常组织，精确聚焦于体内的病灶上，利用聚焦超声的机械效应、热效应和空化效应，会瞬间产生65-100℃左右的高温，使病灶产生不可逆凝固性坏死，同时不会对病灶周围的组织造成损伤。“它是一把由声波做成的锋利手术刀。”王智彪说。
技术应用的早期阶段，所面临的关键挑战是治疗精度——如何精确地引导“声刀”达到指定区域。尽管具备实时影像引导，但治疗效果仍在很大程度上依赖临床医生的判断，导致治疗精度与可重复性难以控制。要实现安全、稳定的治疗，需要对焦域范围及超声剂量进行更清晰的界定。
王智彪（右）在重庆医科大学带领团队开展无创伤的聚焦超声外科技术研发工作。 图片来源：重庆医科大学
为解决上述问题，1995年王智彪教授的团队研发了一套治疗与监测一体化系统。该系统将用于无创治疗的聚焦超声换能器与用于实时成像的常规超声探头集成于同一设备中，使医生能够精准定位病灶、实时追踪治疗过程，并根据需要即时调整。
理论体系
1996年，王智彪教授的团队提出了“生物学焦域”（biological focal region, BFR）的概念，用以更精确地描述到达靶组织的超声能量水平及组织的生物学效应。同一研究表明，BFR由声学焦点、超声暴露参数、治疗深度、需治疗组织的结构与功能状态，以及这些因素之间的相互作用共同决定¹。
在此基础上，团队进一步拓展了已有的理论体系，用以阐释超声能量传递效率以及组织内部声学环境对疗效的影响。王智彪说，“这一理论体系奠定了聚焦超声用于无创肿瘤治疗的基础。它助力HIFU从实验性手段转变为可行的临床治疗工具，并为安全、精准和个体化治疗提供了理论支撑。”
2006年，基于上述理论成果，团队推出了升级版JC200海扶刀®设备。该系统采用改进的换能器以提升能量传递效率，并集成治疗规划软件，帮助医生对肿瘤进行定位并精确引导超声能量。
实验室研究显示，海扶刀设备可在牛肝组织上，宽度仅约50微米的区域内引发可控坏死，其作用范围仅涉及约40个细胞²。
随后，研究团队将系统进一步升级为JC300。这一系统融合了术前磁共振成像与实时超声成像，使肿瘤治疗过程更加可视化和可调控。
由重庆医科大学王智彪教授团队研发的海扶刀®聚焦超声肿瘤治疗系统（JC300 ），将术前磁共振成像与实时超声成像相结合，实现更加可视化的肿瘤治疗。图片来源：重庆海扶科技股份有限公司
更利的刃
2006年，王智彪团队研发了该技术的2.0版本，其特点是一个具有开口端的球形腔体换能器。这种球形结构的转换器能将超声波自然汇聚至球体中心，从而形成更加紧密的焦域，并将系统精度提升至亚波长水平³。
王智彪教授表示：“FUAS技术的2.0版本使我们得以探索医学之外的声学行为。”他将这一进展称为“FUAS 2.0”，这一术语既涵盖了系统本身的升级，也反映了团队研究方向的拓展。
在国家自然科学基金重大科研仪器项目的支持下，团队建立了一套国家级科学仪器平台，可在高静水压力条件下产生可控空化效应，进而形成具备高达约10吉帕（~10 GPa）的超高压，以及每秒约60万次的瞬时高温峰值的极端声学环境⁴。王智彪表示，这一能力为理解复杂环境中声音的物理极限开辟了新的研究途径。
经颅脑手术前沿
超声波能穿透颅骨，王智彪的研究也探索了该系统在治疗颅脑疾病方面的潜力。
2024年，针对颅骨致密且结构不规则所导致的超声散射问题，以及随之产生的声束强度减弱和焦点偏移，王智彪团队提出了“双频球面聚焦超声”（dual-frequency spherical focused ultrasound），这是“FUAS 3.0”的核心技术。
通过采用精调的双频声束，该方法可促进超声顺利穿透颅骨，并在大脑内的微小区域实现精确聚焦。随后，该研究获得国家自然科学基金的支持，致力于研发制造重要的科学仪器。
研究团队通过临床前实验及灵长类动物试验对该方法进行了验证。结果显示，双频声场能够降低相位失真，减少颅骨导致的能量扩散，并可实现对脑部靶区的毫米级精准定位。研究人员认为，该系统既可用于靶向脑组织的消融，也有望温和调控脑活动⁵，王智彪教授希望这一技术未来可应用于脑疾病治疗及神经科学研究。
他表示：“如果我们终能实时追踪特定神经核对超声刺激的响应，就能够真正无创与大脑互动。”他将这一设想称为“超声脑机接口”（ultrasound brain-computer interface）。
发展平台
在相关研究成果基础上，这一团队牵头在重庆成立了超声医疗国家工程研究中心。同时，他们还推动聚焦超声医学在中国被正式确立为临床医学体系中的二级交叉学科。
2022年，王智彪教授荣获美国聚焦超声基金会（Focused Ultrasound Foundation）颁发的首届临床应用奖（Clinical Application Award），以表彰其在推动治疗性超声技术实现广泛临床转化方面所作出的贡献。此外，他还主持或参与制定了20余项中国及国际临床治疗指南。
目前，王智彪教授的团队正将人工智能应用于FUAS治疗的各个环节，包括治疗规划、实时引导及疗效评估。他认为，这些工具将使治疗过程更加自动化、精准和安全，在提升效率的同时有效降低治疗风险。
在该领域深耕30余年后，他的初心始终未变：尽可能减少损伤，为患者提供更加微创的治疗选择。
参考文献：
1. Wang, Z. et al. Ultrasound Med. Biol. 29, 749-754 (2003).
2. Wang, Z. B. et al. Ultrasonics 51, 369-375 (2011).
3. Li, F. et al. Appl. Phys. Lett. 102 (2013).
4. Xiong, J. et al. Ultrason. Sonochem. 82, 105899 (2022).
5. Zhou, X. et al. IEEE Trans. Biomed. Eng. 70, 3413-3424 (2023).
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