本资料的主干综述：机制—仪器—监测—应用。

原题：Histotripsy: A Method for Mechanical Tissue Ablation with Ultrasound

作者：Zhen Xu, Tatiana D. Khokhlova, Clifford S. Cho, Vera A. Khokhlova

年份 / 来源：2024 · Annual review of biomedical engineering

类别：综述 · 统一框架

范围：摘要译文＋核心章节详细节译；非全文翻译。本译读由 AI 辅助整理，术语和关键数字已核对，非官方译本。

授权记录：CC BY。来源版本授权细节见元数据与原文；翻译为改编，不代表原作者背书。

核查日期：2026-11-05

原文入口 · DOI · 本站 PDF（35 页）

中文摘要译读

组织摧毁术利用高幅聚焦超声脉冲，把组织机械性液化为亚细胞碎屑。与传统热 HIFU 相比，该技术具有超声实时监测、减弱热沉影响、形成清晰损伤边界、移除处理组织、一定组织选择性以及免疫刺激等潜在优势。其应用研究涵盖肿瘤、血栓、血肿、脓肿、生物膜与神经系统等。本文介绍不同组织摧毁术的物理原理，主要声学参数，相应硬件与软件、影像方法、生物效应及临床前和临床应用。译者提醒：优势的大小与成熟度取决于具体亚型和适应证。

应记住的重点

本资料的主干综述：机制—仪器—监测—应用。

局限与不可外推之处

统一框架很强，但发表后已有新的临床和安全资料；某些概括性优势不能替代条件化验证。

建议如何读

依次精读 Physical mechanisms、Instrumentation、Image-guided targeting；应用章节按目标器官选择。

阅读问题

从治疗输入到临床终点，中间需要验证哪些环节？
哪些结论是机制层面的，哪些来自有限动物或人体研究？

在文献脉络中的下一步

P05 → P07 → P12 → C02

核心章节详细节译

节译范围：Physical mechanisms and ultrasound field parameters、Instrumentation、Image-guided targeting and monitoring 的主要内容，另摘译 Therapeutic applications 与 Future of the field 中与路线判断有关的段落。按学习逻辑分节，适度合并重复句；未翻译全部器官研究、图注、参考文献和致谢。原文 CC BY，署名及 DOI 见页首。

阅读约定：“选段译文”对应作者表述；“研发解读”是本资料的解释或补充，不是原作者结论。本文 2024 年发表，临床与行业现状以本资料相应章节的 2026 年更新为准。

1．先拆开两件事：生成气泡与组织匀浆

对应 Physical mechanisms and ultrasound field parameters 开头。

选段译文：组织摧毁术通过以低重复率递送的一系列超声脉冲，受控地产生气泡活动，从而机械性破坏目标组织。经过足够数量的脉冲，目标可以被液化为无细胞碎屑，目标体积内不再有完整细胞。其机制可以分成两部分：气泡的生成过程，以及组织被匀浆化的过程。CH、BH 和 HH 在这些过程中存在差异。

研发解读：这是整篇综述最值得保留的拆分。触发条件研究回答“能否起泡”；剂量与反馈研究回答“组织是否充分破坏”。两者之间缺少验证，会导致系统只控制泡云亮度，却不知道还有没有存活组织。

2．本征阈值 CH：用极短负压直接触发

对应 Cavitational histotripsy 前半部分。

选段译文：CH 利用组织内部纳米或微米尺度的气体微团作为空化核，产生由微泡构成的空化云。它通常采用微秒级脉冲，并依赖很高的在位峰值负压。

本征阈值方法使用单个 1–2 周期脉冲。当峰值负压超过组织本身的空化阈值时，就可以可靠地产生空化云。血凝块、肾、肝、心和脾等含水组织中测得的阈值约为 −26 至 −28 MPa，脂质组织约为 −14 MPa。该阈值对换能器频率、聚焦角和组织刚度的变化不太敏感，但温度升高时阈值会降低。仿真认为，这一压力水平与直径约 2–10 nm 的气体微团所对应的表面张力相符。

在声脉冲通过焦域时，负压超过阈值的区域会产生微泡。如果峰值负压刚好超过阈值，泡云可以小于通常定义的声学焦域。因此，这一方法也称为 microtripsy，体现了它产生亚毫米泡云的能力。

研发解读：这里“小于衍射限定的焦域”依靠阈值非线性，并不意味着任意绕过声束传播和定位误差。表中的典型工作值、统计阈值和某台设备的设定值是不同概念，不能互换。温度、组织成分和测量方法都应写入实验记录。

3．冲击散射 CH：通过泡界面放大局部负压

对应 Cavitational histotripsy 后半部分。

选段译文：当入射峰值负压低于本征阈值时，仍可以通过冲击散射这种间接方式形成空化云。较多周期的脉冲首先从预存空化核产生单个微泡。由于非线性传播，波形每周期会出现冲击前沿，峰值正压显著高于峰值负压。后续周期的高幅冲击波从初始气泡的软界面向后散射并反相，形成强负压；它与入射波的负压相共同作用，使局部负压显著超过本征阈值，产生致密微泡云。随后的冲击波又从新泡云散射，重复这一过程。

与本征阈值 CH 相比，冲击散射 CH 所需的入射峰值负压较低，形成的泡云往往更大、更致密，可能提高处理效率，但也降低空间精细控制能力。其主要不足是第一颗气泡的形成具有随机性；为启动这一过程，所需脉冲数可能相差很大。

两种 CH 都以很低的占空比减弱加热。空化泡在细胞外流体中成核，快速膨胀时挤压邻近细胞，坍塌时又牵拉细胞；多个脉冲反复施加应力和应变，最终使细胞及亚细胞结构破坏。

研发解读：更低的入射负压不等于对整个系统要求更低。冲击波形成能力、初始泡核、残余泡记忆和扫描顺序都会改变效果；这正是 P01、P04 应紧接本节阅读的原因。

4．组织力学改变损伤剂量

对应 Cavitational histotripsy 的组织选择性段落。

选段译文：较硬的组织限制气泡膨胀，并且通常具有较高的极限拉伸强度。因此，富含胶原或纤维的组织，例如肌腱、血管、神经和集合系统，对组织摧毁术损伤具有较高抵抗力；破坏这些组织需要更高压力或更多脉冲。由此可以观察到组织选择性：肝实质已液化成无细胞碎屑时，大血管和胆管仍可能保留在处理区内。

研发解读：本征起泡阈值对刚度变化不大，与组织破坏剂量受刚度明显影响，并不矛盾。前者描述成核，后者描述气泡增长及组织断裂。切勿把两项研究中不同终点都简称为“阈值”。

5．BH：冲击加热触发沸腾，随后发生机械破坏

对应 Boiling histotripsy。

选段译文：BH 使用毫秒级脉冲，焦点压力较低。与冲击散射 CH 类似，它依赖非线性传播以及焦点波形中的冲击前沿。由于超声吸收随频率增加，冲击前沿中丰富的高频成分可以显著增强加热。对于谐波声场，吸收和加热率与声强、即压力幅值平方相关；对于冲击波，吸收随冲击幅度的三次方增长，因此会随着冲击幅度增加而快速上升。

冲击前沿的吸收可以在几毫秒内使焦点局部组织达到沸腾条件，形成高度局限的蒸汽泡。这些气泡迅速长大，随后冷却并形成毫米尺度的蒸汽腔。脉冲剩余部分的冲击波与组织—蒸汽界面相互作用，产生朝向腔内的声喷泉，将微米尺度组织碎片喷入腔内，这一过程称为声雾化。与此同时，从蒸汽泡界面反射的冲击波会在泡的近端诱发剧烈空化，促进雾化与微射流。被喷出的组织颗粒撞击腔体远端，还会造成附加机械损伤。

上述过程在多个脉冲中重复。损伤先呈小的长圆形，随后扩大，并可形成类似蝌蚪的形状。损伤尺寸最终可能在焦瓣尺度附近饱和，达到这一状态所需的脉冲数依赖组织刚度。冲击波加热区域远小于线性聚焦声束的焦域，因此在合适参数下，BH 损伤可以主要由机械效应构成。

为了产生以机械效应为主的损伤，BH 通常使用低占空比，并在脉冲间保留较长间隔以允许热扩散、减轻热累积。所需峰值负压和总体峰值声输出低于 CH，但必须产生足够强的冲击波，以在脉冲持续时间内触发沸腾。聚焦角、频率和冲击幅度都会影响损伤形态与尺寸；更强冲击可以缩短沸腾等待时间，从而允许使用更短的脉冲。

研发解读：局部热触发与总体机械损伤可以同时成立。“机械”不是“绝无热”。三次方关系属于特定冲击模型的近似，不能脱离传播、吸收和组织条件任意外推。工程上应检查沸腾起始时间 tᵦ、脉冲长度 τ，以及沸腾后还剩多少作用时间；只给平均功率会掩盖这一关键时序。

6．HH 是待进一步厘清的过渡区域

对应 Hybrid histotripsy。

选段译文：HH 结合 CH 与 BH 的特点，采用数百微秒的脉冲和介于两者之间的压力水平。已有研究探索双频或两阶段方法以提高处理速度，但其有效参数范围和精确机制仍需要进一步研究。

研发解读：HH 是文献中的技术探索类别，不能仅凭“脉冲长度位于中间”便认定机制。需要用气泡成因、温升、声发射与组织病理证据共同判别。

7．从机制反推换能器与驱动

对应 Instrumentation 前半部分。

选段译文：完整系统主要包括高功率换能器、电子驱动、定位机构、声耦合以及用于引导和监测的影像。组织摧毁术通常需要比传统热 HIFU 更高的峰值声功率，而由于低占空比，时间平均功率可以较低。本征阈值 CH 使用最短脉冲、最高焦点压力和最高峰值功率；随着脉冲变长，冲击散射 CH、HH、BH 对峰值输出的要求依次降低。

CH 的极短脉冲要求换能器具有宽带响应，高声压则通常要求大孔径和强聚焦。不同器官的可用声窗决定了阵列外形。驱动端需要高压短脉冲；已有专门的电流型或 D 类驱动，以及兼具发射接收能力、可用于像差校正和空化成像的设计。

模块化压电单元与三维打印外壳使定制换能器的快速原型制作成为可能，便于研究频率、外形与聚焦几何。多阵元相控阵可以支持电子焦点转向和像差校正。为 BH 使用较长脉冲时，原先针对 CH 的脉冲驱动也需要相应修改。

一些 BH 与 HH 实验可以使用商业放大器，或在能够形成冲击波的现有 HIFU 系统上开展。文中列举了超声引导、MR 引导、体外及经直肠等多种研究系统。这种可复用性取决于具体设备的输出与控制能力。

研发解读：峰值声功率、峰值电功率、供电功率与平均发热不是同一个数字。原文 Instrumentation 中 f-number 的括号定义存在前后不一致：本资料统一使用 F# = 焦距 / 有效孔径，不沿用该括号中倒置的写法。既有 HIFU 能发射毫秒脉冲，也不自动意味着它能实施 BH；必须核验焦点冲击波、在位沸腾时序和硬件耐受。

8．耦合、扫描、测量和仿真不能省略

对应 Instrumentation 后半部分。

选段译文：耦合结构负责把换能器的声能有效传入组织。常见做法包括带薄膜的水槽、充满脱气水的耦合罩，或结合液体与凝胶垫。为形成体积损伤，可用定位机构或机械臂移动换能器；相控阵还可结合电子转向。机械臂也可用于呼吸运动补偿。

数值仿真和声场测量是换能器设计与治疗规划的关键组成。设计初期的仿真用于优化尺寸和形状，以确保焦点达到所需压力或冲击幅度。水听器在水中测量声场，但由于声场强聚焦、冲击波局部化，探头必须尺寸小、带宽大且能耐受高压。文中介绍了光纤水听器等测量方法。

治疗规划需要从水中测量推估组织中的声场。更准确的三维非线性计算还需要现实的换能器振动边界；可以通过声全息测量，即在横截面低声压扫描后反向传播，获得换能器表面振动分布。轴对称软件能够降低计算成本；近似轴对称的换能器可在适用条件下用等效源表示。

研发解读：水中结果不能直接叫“组织在位声压”。标定应保留探头频响、空间平均、坐标配准、衰减假设与不确定度。轴对称近似适合某些设计初筛，不足以自动保证复杂阵列偏转、肋骨遮挡或患者特异路径中的精度。P15 是这一环节的实践入口。

9．影像监测：从亮泡云到完成度判断

对应 Image-guided targeting and monitoring。

选段译文：无创消融需要实时影像辅助定位和监测。Histotripsy 产生的气泡在标准 B 模式图像上表现为随时间变化的高回声区域。通过治疗与成像脉冲同步，可以减轻相互干扰。随着组织散射结构被破坏，处理区可能相对于未处理组织变暗。

B 模式易获得、成本较低，也容易整合到治疗系统，因此得到广泛使用。但它通常只提供二维切面，无法完整显示三维体积；部分肿瘤显示不清，对液化程度的评价也主要是定性的。

组织被处理后逐渐变软，超声弹性成像可以测量弹性模量下降，用作损伤程度指标，但相关测量通常需要暂停治疗。多普勒方法利用组织运动或液化区内的流动，探索对组织解体程度的量化。接收气泡声发射可用于被动空化探测或成像；信号特征与损伤程度之间可能存在相关性，例如随着组织破坏，泡云坍塌时间可以延长。

增强 MRI 或 CT 用于术后评价与长期随访，帮助区分残余肿瘤和消融区。对于脑等超声成像受限的部位，MRI 还可用于引导。MR 测温或声辐射力成像可辅助预治疗定位，但所需脉冲模式可能不同于实际 Histotripsy 治疗脉冲，必须考虑系统是否能够产生。

研发解读：原文中“实时”主要表示时间上能看到过程，并不自动等于实时获知组织学终点。闭环研发至少需要三项校准：信号与局部损伤的相关性、对目标体积遗漏的敏感性，以及跨组织/深度/剂量变化的稳健性。P11 与 P14 是继续追踪这一问题的两条路径。

10．应用与未来：从物理能力到临床价值

对应 Therapeutic applications 与 Future of the field 的选段，压缩译读。

组织摧毁术的研究对象不仅是肿瘤，还包括血栓、血肿、脓肿、生物膜及某些钙化靶标。相同“机械破坏”在不同适应证中追求的结果可能不同：实体肿瘤要求完整覆盖及长期控制，血栓研究关注再通与碎屑，血肿研究关注液化和移除。不能仅凭存在机械破坏现象，就认为某一适应证已验证。

文中讨论了 CH/BH 在动物肿瘤模型中释放抗原、改变炎症和免疫环境的可能性，以及与其他治疗联合的潜力。作者同时强调声学可达性：骨和含气器官可以阻挡或扭曲传播，部分路径需要像差校正或其他方式改善。电子扫描有望加快体积治疗，但实际速度仍受定位、声窗、覆盖及组织性质限制。

研发解读：把“潜力”转成项目目标，需要指定适应证、入路、目标人群、临床终点和对照。2024 年综述中的试验数量、系统速度与监管表述均有时间属性；应与 C02/C03、R07/R08 和 FDA 文件分开核对。本资料没有把免疫机制、远隔效应或单臂研究写成已经证实的人体生存获益。

精读后应留下的一页研发提纲

写出目标器官和声窗；选定气泡启动机制；规定需要在位达到的波形及不确定度；定义单点与体积扫描剂量；选择能反映完成度的反馈；给出目标内残余组织、目标外损伤和长期结构功能的验证方法。每一项都能找到对应论文时，才真正把这篇综述转成了研发路线。

原文开放许可：Creative Commons CC BY。原始 PDF 保持原样，中文节译/导读的范围见上文。