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[摘要]目的：观察猪皮下脂肪经不同剂量非侵入性聚焦超声照射后的病理学变化。方法：采用由功率0 W、450 W、550W、650W；治疗次数1、2、3组成的9个实验组和1个零剂量对照组，频率1.9MHz的聚焦超声，非侵入照射猪背部皮肤，即刻切取包括皮肤全层并深达肌肉浅层的标本块制作病理切片，HE染色，组织学观察。结果：各实验组脂肪层内，显微镜下可见大量点状脂肪细胞损伤灶。在低、中、高输出功率组，灶内细胞损伤数分别为1～5个、2～10个和15～40个。损伤灶内中央的脂肪细胞消失，边缘的脂肪细胞部分破裂，小血管保存完好，无游离红细胞。未见炭化、组织凝固现象，未见皮肤、肌膜与骨骼肌细胞损伤。结论：1.9MHz非侵入聚焦超声能选择性破坏脂肪细胞，脂肪细胞损伤程度与设备输出功率和照射次数有正相关，具有皮肤、小血管、筋膜等组织的安全性。
[关键词]非侵入；聚焦超声；融脂；脂肪
[中图分类号]R332 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2012）07-1156-03
采用高强度聚焦超声（High intendity focused ultrasound， HIFU）进行无创、非侵入性融脂治疗是近年刚刚兴起的一项微创美容手术技术，它一方面延续了临床用于体外碎石或肿瘤治疗时表现出的靶向治疗作用与局部组织破坏的特性[1-2]，另一方面又将聚焦超声是否能选择性破坏脂肪细胞，以及脂肪细胞破坏后多种产物对人体健康影响等一系列问题遗留给研究者与使用者[3-4]。为探讨使用不同剂量聚焦超声融脂治疗后局部组织破坏的特点及其与设备应用剂量间的关系，我们在北京汇福康医疗技术有限公司的帮助下，对实验用小型猪进行了融脂治疗的量效关系观察，现将结果报告如下。
1 材料和方法
1.1 实验动物：实验用小型猪6头，雌雄不限，白色，体重44～55kg，平均（48.67±3.64）kg。
1.2 实验设备：JCS-01型聚焦超声减脂塑形机，由北京汇福康医疗技术有限公司提供，额定功率 700W，超声波频率1.9MHz，焦域不大于12mm。治疗中心深度（15±1）mm。设备采用非连续发射方式，脉宽1ms， 超声输出分三档，低档占空比3%，平均声功率450 W，中档占空比4%，平均声功率550W，高档占空比5%，平均声功率650W。ZEISS Axioskop40光学显微镜[蔡司光学仪器（上海）国际贸易有限公司]，标本切片染色后，采用“MIAS医学图像分析管理系统-真彩色病理图像分析系统4.0”成像与计算机测量。
1.3 方法
1.3.1 实验分组与超声参数设定：将设备超声输出的高、中、低三档，与同一部位治疗次数1、2、3组合成九个治疗组，再加1个零声强的对照组，共10个实验组（表1），每头猪的背部实验分区见图1。每组实验重复6遍。
1.3.2 动物实验与标本切片制备：实验猪由动物房运送到实验室后，首先测量体重，再根据体重计算诱导麻药（3%戊巴比妥钠）量，按小于45kg，1ml/kg；大于45kg，0.5ml/kg用量肌肉注射。成功后俯卧固定在真空垫上，项背部剃毛，注意保护皮肤。应用碳素墨水在脊柱两侧对称文刺4cm×7cm各5块，每块间隔3cm，各实验部位使用与图1对应。在治疗区内涂满耦合剂，调整治疗头至适当位置，使波源紧密接触皮肤。启动自动治疗程序，治疗头依实验与对照预先设定剂量，在X、Y轴方向以5mm/s速度匀速移动，均匀扫描。治疗完毕，即刻切取各实验部位标本。每块病理标本均需包括皮肤、脂肪全层和部分肌纤维，大小为2cm×1cm，深度>2.5cm，标本浸入10%福尔马林溶液固定，再根据脂肪厚度制成2.5cm×0.5cm×0.2cm厚蜡块2～3块，制作8μm厚石蜡切片，HE染色。
1.3.3 组织学观察：将实验与对照组切片用数字扫描显微镜观察并扫描为数字影像储存在计算机中。观察内容包括脂肪细胞是否有破坏，损伤灶大小；治疗区血管、神经、连接组织的破坏情况；治疗区是否有出血以及凝固、炭化迹象等。
2 结果
2.1 肉眼观察
2.1.1 对照组：皮肤外观无形态与颜色改变。包括皮肤与肌肉浅层的整块离体标本上，各切面组织细腻，无肉眼可见空洞或出血点等损伤表现；皮下脂肪呈淡黄或白色，甲醛固定后，呈白色，在脂肪蜂窝层、板状层与肌层间分别有疏松组织、膜状组织分割。
2.1.2 实验组：皮肤偶见轻度充血，各组均出现红肿、水疱，破溃等损伤表现，治疗时也未见耦合剂飞溅现象。各组块状标本的肉眼表现与对照组相同。
2.2 组织学观察
2.2.1 对照组：皮肤未见病理性损伤。脂肪细胞排列紧密，呈多边形，“直径”100～200μm，每个脂肪细胞周边均有毛细血管存在。
2.2.2 实验组：皮肤未见病理性损伤。在距表皮深度1～2cm处，各实验组均可观察到有大量脂肪细胞被破坏，损伤的脂肪细胞呈不均匀灶状分布。损伤灶内，被破坏的脂肪细胞数目多少不等，在低输出功率组（L组），损伤细胞数多为1～5个，从L1到L3组，损伤灶大小变化不大，但密度逐渐增多；在中输出功率组（Z组），损伤细胞数量多为2～10个，同样存在治疗次数增加，损伤灶密度增大现象，相邻损伤灶可融合成较大损伤区；在高输出功率组（G组），上述现象依然存在，但损伤灶明显增大，灶内破坏脂肪数目可达数15～40个。损伤灶有如下特点：①损伤灶中央的脂肪细胞全部碎裂消失；②损伤灶边缘的脂肪细胞大多表现为部分破裂，镜下可观察到残留的细胞膜；③损伤灶内无法找到毛细血管，也无游离红细胞；④损伤灶内或损伤灶之间的小血管保存完好，未见破坏与断端；⑤全部切片，显微镜下均未见炭化、组织凝固现象（图2～4）。各实验组均未见肌膜与骨骼肌细胞损伤（图5～8）。
3 讨论
3.1 超声融脂技术是指利用超声波选择性粉碎、乳化脂肪细胞，通过抽吸或生理代谢排除已被乳化脂肪细胞的一种减肥塑形技术。根据被破坏脂肪细胞及其内容物的去除途径，超声融脂技术大致可以分为超声融脂辅助吸脂术和非侵入性超声无创融脂术两类[5-6]。超声融脂辅助吸脂术可根据超声探头治疗时所在位置分为体内与体外超声融脂辅助吸脂术两种。非侵入性超声无创融脂术也可使用目前已经面世的聚焦超声与尚在研究中的非聚焦超声两类设备达到治疗目的。 3.2 超声波临床使用非常广泛，不同频率与剂量的超声波作用到人体组织会产生不同的生物效应，常见有成像诊断、物理治疗和手术等。医生可通过某种方式，将一定强度的超声波导入到预治疗部位，通过空化效应、机械效应和热效应作用于生物组织，对靶组织实施手术治疗。空化效应是一种物理现象，当声波在组织内产生扩张与收缩的周期性变化时，可引起细胞内原本稳定的微气泡产生崩塌，进而致使细胞破碎。每种组织的细胞坚韧度不同，对声波耐受的破碎临界点不同，临界点的高低又与组织密度和声波频率有关。脂肪组织细胞密度低、细胞间内聚力小，因此更易遭受特定频率超声的破坏，并在组织效应上将其与血管、神经、肌肉和结缔组织等高密度组织区分开来，达到选择性损伤的目的[6]。机械效应源于超声对脂肪组织的振动损伤，超声波的往返运动可影响脂肪细胞内的颗粒与分子，引起这些颗粒与分子的剧烈运动、导致染色体及大分子的断裂和脂肪细胞破裂。探头与组织间的摩擦，以及探头内电能向机械能的转化均可产生热能，热量可在治疗过程中对脂肪组织产生损伤。
3.3 根据现有资料，非侵入性聚焦超声融脂的确切机制尚未完全清楚[7-8]。主要表现在两个方面：①目前尚无明确实验证据说明聚焦超声作用脂肪细胞后，机械效应、热效应和空化效应三者是如何产生破坏作用的，谁为主导，各扮演何种角色，以及作用的方式与特点；②脂肪细胞破坏后，内容物的最终去向到底如何，是否能用现有脂质代谢理论与途径就能完全解释脂肪破坏后甘油三酯的代谢，而后者直接涉及到设备临床使用的安全性。
3.4 在本实验条件下，无创聚焦超声融脂的可观察组织反应相对较轻。肉眼观察，皮肤除偶见充血外，无红肿、破溃等肉眼可辨的病理反应，更无像吸脂手术一样的明显治疗区形态改变。显微镜下观察，聚焦超声能够比较专一地破坏脂肪细胞，具体表现为：超声辐射区内，各实验组除脂肪细胞及其伴随的焦域范围内的毛细血管有可见损伤外，皮肤、小血管、神经、结缔组织、肌膜、肌纤维细胞均无损伤迹象。此种现象说明，脂肪细胞与毛细血管结构比较脆弱，对超声波的耐受程度低，能在本实验剂量条件被聚焦超声优先破坏。损伤灶位于一定深度，反映了超声在一定深度聚焦的特点，同时也提示我们，临床使用这种设备进行治疗，必须保证患者的皮下脂肪要有相应的厚度，否则治疗无效。各实验组损伤灶大小、数量的规律性变化，提示聚焦超声融脂的组织破坏程度与设备输出功率和治疗次数呈正相关，输出功率越高，单个损伤灶范围越大，治疗次数越多，损伤灶越密集。损伤灶内脂肪细胞的损伤特点提示组织破坏可能与空化效应和机械效应有关，具有非热效应的特征。显微镜下未观察到热效应的证据。肉眼与显微镜下均未观察到治疗区有活动性出血的迹象。
总之，通过实验可以看出，皮肤经特定频率聚焦超声作用，脂肪细胞能够被超声选择性破坏，损伤的程度与所用设备应用的剂量条件和使用的方法有关。
[参考文献]
[1]刘春梅，李发琪，王智彪.高强度聚焦超声空化效应的研究进展[J].临床超声医学杂志，2007，9（4）：233-235.
[2]周颦，王怀碧，付敏，等.高强度聚焦超声对离体肿瘤细胞的急性生物效应[J].临床超声医学杂志，2009，1（3）：162-164.
[3]Jewell ML，Desilets C，Smoller BR.Evaluation of a novel high-intensity focused ultrasound device： preclinical studies in a porcine model[J].Aesthet Surg J，2011，31（4）：429-434.
[4]Benjamin Ascher，MD.Safety and efficacy of ultraShape contour I treatments to improve the appearance of body contours：multiple treatments in shorter intervals[J].Aesthet Surg J，2010，30（2）：217-224.
[5]Spencer AB，Lior G，Stella S，et al. Characterization of nonthermal focused ultrasound for noninvasive selective fat cell disruption （lysis）：technical and preclinical assessment[J].Plast Reconstr Surg，2009，124（1）：92-101.
[6]Pine JL，Smith LJ，Hawsm J，et a1.Ultrasound-assisted lipoplasty[J].Plast Surg Nuts，2003，23（3）：101-108.
[7]Moreno-Moraga J，Valero-Altés T，Riquelme AM，et al.Body contouring by non-invasive transdermal focused ultrasound[J].Lasers in Surg and Med，2007，35：315-323.
[8]Hotta TA.Nonsurgical body contouring with focused ultrasound[J].Plast Surg Nurs，2010，30（2）：77-82.
[收稿日期]2012-02-15 [修回日期]2012-05-10
编辑/张惠娟
[关键词]非侵入；聚焦超声；融脂；脂肪
[中图分类号]R332 [文献标识码]A [文章编号]1008-6455（2012）07-1156-03
采用高强度聚焦超声（High intendity focused ultrasound， HIFU）进行无创、非侵入性融脂治疗是近年刚刚兴起的一项微创美容手术技术，它一方面延续了临床用于体外碎石或肿瘤治疗时表现出的靶向治疗作用与局部组织破坏的特性[1-2]，另一方面又将聚焦超声是否能选择性破坏脂肪细胞，以及脂肪细胞破坏后多种产物对人体健康影响等一系列问题遗留给研究者与使用者[3-4]。为探讨使用不同剂量聚焦超声融脂治疗后局部组织破坏的特点及其与设备应用剂量间的关系，我们在北京汇福康医疗技术有限公司的帮助下，对实验用小型猪进行了融脂治疗的量效关系观察，现将结果报告如下。
1 材料和方法
1.1 实验动物：实验用小型猪6头，雌雄不限，白色，体重44～55kg，平均（48.67±3.64）kg。
1.2 实验设备：JCS-01型聚焦超声减脂塑形机，由北京汇福康医疗技术有限公司提供，额定功率 700W，超声波频率1.9MHz，焦域不大于12mm。治疗中心深度（15±1）mm。设备采用非连续发射方式，脉宽1ms， 超声输出分三档，低档占空比3%，平均声功率450 W，中档占空比4%，平均声功率550W，高档占空比5%，平均声功率650W。ZEISS Axioskop40光学显微镜[蔡司光学仪器（上海）国际贸易有限公司]，标本切片染色后，采用“MIAS医学图像分析管理系统-真彩色病理图像分析系统4.0”成像与计算机测量。
1.3 方法
1.3.1 实验分组与超声参数设定：将设备超声输出的高、中、低三档，与同一部位治疗次数1、2、3组合成九个治疗组，再加1个零声强的对照组，共10个实验组（表1），每头猪的背部实验分区见图1。每组实验重复6遍。
1.3.2 动物实验与标本切片制备：实验猪由动物房运送到实验室后，首先测量体重，再根据体重计算诱导麻药（3%戊巴比妥钠）量，按小于45kg，1ml/kg；大于45kg，0.5ml/kg用量肌肉注射。成功后俯卧固定在真空垫上，项背部剃毛，注意保护皮肤。应用碳素墨水在脊柱两侧对称文刺4cm×7cm各5块，每块间隔3cm，各实验部位使用与图1对应。在治疗区内涂满耦合剂，调整治疗头至适当位置，使波源紧密接触皮肤。启动自动治疗程序，治疗头依实验与对照预先设定剂量，在X、Y轴方向以5mm/s速度匀速移动，均匀扫描。治疗完毕，即刻切取各实验部位标本。每块病理标本均需包括皮肤、脂肪全层和部分肌纤维，大小为2cm×1cm，深度>2.5cm，标本浸入10%福尔马林溶液固定，再根据脂肪厚度制成2.5cm×0.5cm×0.2cm厚蜡块2～3块，制作8μm厚石蜡切片，HE染色。
1.3.3 组织学观察：将实验与对照组切片用数字扫描显微镜观察并扫描为数字影像储存在计算机中。观察内容包括脂肪细胞是否有破坏，损伤灶大小；治疗区血管、神经、连接组织的破坏情况；治疗区是否有出血以及凝固、炭化迹象等。
2 结果
2.1 肉眼观察
2.1.1 对照组：皮肤外观无形态与颜色改变。包括皮肤与肌肉浅层的整块离体标本上，各切面组织细腻，无肉眼可见空洞或出血点等损伤表现；皮下脂肪呈淡黄或白色，甲醛固定后，呈白色，在脂肪蜂窝层、板状层与肌层间分别有疏松组织、膜状组织分割。
2.1.2 实验组：皮肤偶见轻度充血，各组均出现红肿、水疱，破溃等损伤表现，治疗时也未见耦合剂飞溅现象。各组块状标本的肉眼表现与对照组相同。
2.2 组织学观察
2.2.1 对照组：皮肤未见病理性损伤。脂肪细胞排列紧密，呈多边形，“直径”100～200μm，每个脂肪细胞周边均有毛细血管存在。
2.2.2 实验组：皮肤未见病理性损伤。在距表皮深度1～2cm处，各实验组均可观察到有大量脂肪细胞被破坏，损伤的脂肪细胞呈不均匀灶状分布。损伤灶内，被破坏的脂肪细胞数目多少不等，在低输出功率组（L组），损伤细胞数多为1～5个，从L1到L3组，损伤灶大小变化不大，但密度逐渐增多；在中输出功率组（Z组），损伤细胞数量多为2～10个，同样存在治疗次数增加，损伤灶密度增大现象，相邻损伤灶可融合成较大损伤区；在高输出功率组（G组），上述现象依然存在，但损伤灶明显增大，灶内破坏脂肪数目可达数15～40个。损伤灶有如下特点：①损伤灶中央的脂肪细胞全部碎裂消失；②损伤灶边缘的脂肪细胞大多表现为部分破裂，镜下可观察到残留的细胞膜；③损伤灶内无法找到毛细血管，也无游离红细胞；④损伤灶内或损伤灶之间的小血管保存完好，未见破坏与断端；⑤全部切片，显微镜下均未见炭化、组织凝固现象（图2～4）。各实验组均未见肌膜与骨骼肌细胞损伤（图5～8）。
3 讨论
3.1 超声融脂技术是指利用超声波选择性粉碎、乳化脂肪细胞，通过抽吸或生理代谢排除已被乳化脂肪细胞的一种减肥塑形技术。根据被破坏脂肪细胞及其内容物的去除途径，超声融脂技术大致可以分为超声融脂辅助吸脂术和非侵入性超声无创融脂术两类[5-6]。超声融脂辅助吸脂术可根据超声探头治疗时所在位置分为体内与体外超声融脂辅助吸脂术两种。非侵入性超声无创融脂术也可使用目前已经面世的聚焦超声与尚在研究中的非聚焦超声两类设备达到治疗目的。 3.2 超声波临床使用非常广泛，不同频率与剂量的超声波作用到人体组织会产生不同的生物效应，常见有成像诊断、物理治疗和手术等。医生可通过某种方式，将一定强度的超声波导入到预治疗部位，通过空化效应、机械效应和热效应作用于生物组织，对靶组织实施手术治疗。空化效应是一种物理现象，当声波在组织内产生扩张与收缩的周期性变化时，可引起细胞内原本稳定的微气泡产生崩塌，进而致使细胞破碎。每种组织的细胞坚韧度不同，对声波耐受的破碎临界点不同，临界点的高低又与组织密度和声波频率有关。脂肪组织细胞密度低、细胞间内聚力小，因此更易遭受特定频率超声的破坏，并在组织效应上将其与血管、神经、肌肉和结缔组织等高密度组织区分开来，达到选择性损伤的目的[6]。机械效应源于超声对脂肪组织的振动损伤，超声波的往返运动可影响脂肪细胞内的颗粒与分子，引起这些颗粒与分子的剧烈运动、导致染色体及大分子的断裂和脂肪细胞破裂。探头与组织间的摩擦，以及探头内电能向机械能的转化均可产生热能，热量可在治疗过程中对脂肪组织产生损伤。
3.3 根据现有资料，非侵入性聚焦超声融脂的确切机制尚未完全清楚[7-8]。主要表现在两个方面：①目前尚无明确实验证据说明聚焦超声作用脂肪细胞后，机械效应、热效应和空化效应三者是如何产生破坏作用的，谁为主导，各扮演何种角色，以及作用的方式与特点；②脂肪细胞破坏后，内容物的最终去向到底如何，是否能用现有脂质代谢理论与途径就能完全解释脂肪破坏后甘油三酯的代谢，而后者直接涉及到设备临床使用的安全性。
3.4 在本实验条件下，无创聚焦超声融脂的可观察组织反应相对较轻。肉眼观察，皮肤除偶见充血外，无红肿、破溃等肉眼可辨的病理反应，更无像吸脂手术一样的明显治疗区形态改变。显微镜下观察，聚焦超声能够比较专一地破坏脂肪细胞，具体表现为：超声辐射区内，各实验组除脂肪细胞及其伴随的焦域范围内的毛细血管有可见损伤外，皮肤、小血管、神经、结缔组织、肌膜、肌纤维细胞均无损伤迹象。此种现象说明，脂肪细胞与毛细血管结构比较脆弱，对超声波的耐受程度低，能在本实验剂量条件被聚焦超声优先破坏。损伤灶位于一定深度，反映了超声在一定深度聚焦的特点，同时也提示我们，临床使用这种设备进行治疗，必须保证患者的皮下脂肪要有相应的厚度，否则治疗无效。各实验组损伤灶大小、数量的规律性变化，提示聚焦超声融脂的组织破坏程度与设备输出功率和治疗次数呈正相关，输出功率越高，单个损伤灶范围越大，治疗次数越多，损伤灶越密集。损伤灶内脂肪细胞的损伤特点提示组织破坏可能与空化效应和机械效应有关，具有非热效应的特征。显微镜下未观察到热效应的证据。肉眼与显微镜下均未观察到治疗区有活动性出血的迹象。
总之，通过实验可以看出，皮肤经特定频率聚焦超声作用，脂肪细胞能够被超声选择性破坏，损伤的程度与所用设备应用的剂量条件和使用的方法有关。
[参考文献]
[1]刘春梅，李发琪，王智彪.高强度聚焦超声空化效应的研究进展[J].临床超声医学杂志，2007，9（4）：233-235.
[2]周颦，王怀碧，付敏，等.高强度聚焦超声对离体肿瘤细胞的急性生物效应[J].临床超声医学杂志，2009，1（3）：162-164.
[3]Jewell ML，Desilets C，Smoller BR.Evaluation of a novel high-intensity focused ultrasound device： preclinical studies in a porcine model[J].Aesthet Surg J，2011，31（4）：429-434.
[4]Benjamin Ascher，MD.Safety and efficacy of ultraShape contour I treatments to improve the appearance of body contours：multiple treatments in shorter intervals[J].Aesthet Surg J，2010，30（2）：217-224.
[5]Spencer AB，Lior G，Stella S，et al. Characterization of nonthermal focused ultrasound for noninvasive selective fat cell disruption （lysis）：technical and preclinical assessment[J].Plast Reconstr Surg，2009，124（1）：92-101.
[6]Pine JL，Smith LJ，Hawsm J，et a1.Ultrasound-assisted lipoplasty[J].Plast Surg Nuts，2003，23（3）：101-108.
[7]Moreno-Moraga J，Valero-Altés T，Riquelme AM，et al.Body contouring by non-invasive transdermal focused ultrasound[J].Lasers in Surg and Med，2007，35：315-323.
[8]Hotta TA.Nonsurgical body contouring with focused ultrasound[J].Plast Surg Nurs，2010，30（2）：77-82.
[收稿日期]2012-02-15 [修回日期]2012-05-10
编辑/张惠娟