聚焦超音波將強大的能量束定向到體內的特定疾病目標。
頻率為人類聽覺閾值的聲波在醫療照護中已被常規應用。這些聲波也被稱為放射線，可以說明臨床醫生診斷和監測疾病，也使您能夠首次看到新家庭成員的圖形。
如今，從癌症到阿茲海默症等神經退化默認，各種化療患者可能很快就能從這項技術的最新進展中受益。
我是一名生物醫學工程師，研究如何將聚焦超音波——將聲音能量集中到特定的體積——進行精細調整以治療各種療法。過去幾年，這項技術在臨床上得到了顯著的著作發展和應用。研究人員不斷發現使用聚焦超音波治療疾病的新方法。
聚焦超音波的簡要歷史
探針是透過探針產生的，該探針包含一種能將電流轉換為振動、反之亦然的材料。當探針穿過人體時，它們會從不同組織邊界的反射回來。探針偵測到這些轉換將其回電訊號，電腦可以利用這些訊號產生這些組織的影像。
80多年前，科學家發現將這些超音波聚焦到大約一粒米大小的體積中，可以加熱並破壞腦組織。這種效果類似用放大鏡集中陽光點燃乾葉。早期開始測試聚焦超音波如何治療神經系統疾病、疼痛甚至癌症。
然而，儘管有這些早期發現，技術阻礙了聚焦超音波在臨床上的應用。例如，由於顱骨吸收超音波能量，波能量足夠高的聚焦束向至受腦組織非常困難。研究人員最終將大型超音波換能器組合——在電和訊號振動之間的轉換——與關於顱骨形狀和密度的基於影像的資訊相結合，解決了這個問題。這種改變使研究人員能夠更好地將聲束轉向目標位置。
近年來許多科學家在推理技術和聲學物理方面取得關鍵進展後，超音波的潛力才在臨床上得以實現。旨在治療這種疾病的數百項臨床試驗已經完成或進行中。研究人員在一種稱為特發性震顫的疾病上取得了顯著的成果，直到疾病會導致控制震顫，通常無法手部。如今，特發性震顫的重點超音波治療已在世界各地定期進行。
我認為重點關注超音波最令人興奮的應用包括改善大腦的一些藥物、刺激癌症的免疫反應以及治療中樞神經系統的罕見疾病。
向大腦思想藥物
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血屏障是演化過程中形成的精妙解決方案，用於防止有害物質侵入這最重要的器官。血液屏障由緊密連接的血管內壁細胞組成。它只是因為某些類型的分子進入大腦，從而保護大腦進行毒素和毒素的行為。然而，腦在治療疾病時，血液屏障卻是一個問題，它阻止了治療達到預期目標。
20多年前，初步研究發現，發送低強度的聚焦超音波脈衝可以透過引起血管中的微振盪振盪，暫時打開血腦屏障。這種振盪對周圍血管壁產生推拉作用，短暫打開微小的局部，使血液中的藥物滲透到大腦中樞。而且關鍵的是，血腦障壁只在應用聚焦超音波的部位打開。
經過多年的此技術安全性測試和超音波能量控制改進，研究人員已經開發出一些集中超音波打開血腦屏障進行治療的設備。測試這些設備將藥物濃度到達大腦以治療星母細胞瘤、腦轉移瘤和阿茲海默症等疾病的臨床試驗。
同時，針對多種腦部疾病的基因治療也取得了顯著的進展。基因治療涉及修復或替換有缺陷的遺傳物質以治療特異性疾病。將基因療法評估大腦尤其具有近距離，因為此類治療通常無法突破腦血屏障。
動物研究表明，利用聚焦超音波打開血腦屏障可以促進基因毒性到達大腦中的預期目標，為在人體中測試技術打開了大門。
針對癌症的免疫反應的刺激
癌症治療指導患者自身的免疫系統來對抗疾病。 然而，許多患者——尤其是患有免疫乳腺癌、胰腺癌和星狀母細胞瘤的患者——的腫瘤是免疫學上的「冷」腫瘤，這意味著他們對傳統免疫療法無效。
研究人員發現，聚焦超音波可以以某種方式破壞實體腫瘤，使免疫系統更能辨識和消滅癌細胞。聚焦超音波實現這一目標的一種方式足以將腫瘤轉化為碎片，這些碎片實際上會流向目標。一旦聚焦中的細胞遇到這些碎片它們，就能啟動專門針對癌症的免疫反應。
受這些突破的啟發，佛吉尼亞大學於2022年成立了世界上首個聚焦超音波免疫腫瘤學中心，以支持該領域的研究將最有希望的方法推向臨床。例如，我的同事正在該中心進行一項臨床試驗，測試聚焦使用超音波和免疫療法治療晚期黑色素瘤患者。
使用聚焦超音波治療罕見疾病
重點關注超音波的研究主要集中在最致命和最常見的疾病上，例如癌症和阿茲海默症。然而，我重點相信超音波在臨床上的進一步發展和更廣泛的應用最終導致罕見疾病患者受益。
我實驗室特別感興趣的罕見疾病是腦海綿狀血管痙攣（CCM）。 CCM是腦部病變，當腦部病變的細胞發生不受控制的生長時就會發生。雖然不常見，但當這些病變發生併血栓時，它們會導致嚴重的殘性神經症狀。
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另外，我們也觀察到，即使不關注，聚焦超音波治療本身也能阻止CCM的生長。雖然我們尚禮儀聚焦超音波如何穩定CCM，但針對其他疾病患者使用此技術的安全性研究已經非常充分，這使得神經外科醫師開始設計針對CCM患者的臨床試驗。
隨著進一步的研究和進步，我有信心超音波可以成為許多毀滅性罕見疾病的可行治療選擇