聚焦超音波可望減緩帕金森氏症
2020-02-12
作者
Maurizio Di Paolo Emilio，EE Times Europe編輯、EEWeb主編
義大利研究人員發現，透過聚焦超音波，能有效減少震顫並協助帕金森氏患者改善生活品質…
「帕金森氏症」(Parkinson's Disease；PD)影響全球約1,000萬人口，其特徵是經常伴隨可能變得相當嚴重的震顫。為了控制這種震顫，方法之一是在大腦中植入電極，但有越來越多的研究顯示，簡單的超音波可能會是有效的治療方法。
義大利拉奎拉大學(University of L'Aquila)生物技術和應用臨床科學系據稱採用聚焦超音波波束技術，為39位帕金森氏症患者進行了震顫的治療。研究人員發現，經過高頻聲波治療後，有95%的患者都能立即減輕震顫症狀。
這項試驗結果進一步增強了其他醫學研究人員的類似發現。有些超音波裝置甚至已經取得了美國食品藥品監督管理局(FDA)批准用於治療帕金森氏症。
目前，治療帕金森氏症最常見的方法是在患者腦中植入電極等裝置以進行深層的腦部刺激，用於控制導致震顫和其他症狀的神經中樞。
震顫是一種有節奏但不由自主的肌肉運動，可能導致身體中一個或多個部份(通常是手部)的運動不協調。這些都是動作障礙的特徵，例如原發性震顫症(ET)或帕金森氏症(PD)震顫，這兩種逐漸惡化的症狀正影響著全球數百萬人。帕金森氏病是繼阿茲海默症(Alzheimer)之後最常見的變性神經系統疾病。
什麼是超音波？
超音波是一種頻率超過20kHz的聲波，人耳一般聽不到。超音波可使用於人體上，因為這些聲波能穿透生物系統釋放能量。這種能量的「釋放」在人體上有多種效應，例如可用於診斷、物理治療，甚至還可用於美容醫學以及治療整形外科和肌肉疾病等。目前，超音波通常用於為在孕婦產檢時形成胎兒影像。
取決於用來產生影像的材料不同，超音波的頻率各異，在材料中的傳播也不同，因此，產生超音波的機器功率特性也會有所不同。
超音波的穿透力(即其深入組織的能力)，與其頻率成反比。在實作過程中，較高頻率的超音波可以為物體實現更好的解析度，但並不至於過度深入穿透生物體的結構。
圖1：超音波系統方塊圖。（來源：Analog Devices）
圖1顯示超音波裝置中用於處理電子訊號的硬體方塊圖。採用一款高壓(HV)多工器/解多工器(Mux/Demux)，可降低硬體傳送(Tx)與接收的複雜度。例如AD8332 (VGA)和AD9238 (12b ADC)等前端晶片，可用於因應日益複雜的成本與處理要求。
而在發射端，Tx波束形成器決定設置所需發射焦點的脈衝序列模式。光束形成器的輸出再由驅動換能器的高壓傳輸放大器加以擴大。為了建模訊號並為換能器元件取得更好的能量供應，可以透過DAC元件控制放大器。
聚焦超音波研究
義大利拉奎拉大學的研究顯示大腦中的超音波如何抑制震顫。這項研究由拉奎拉大學生物技術與應用臨床科學系放射學家Federico Bruno帶領的研究團隊進行。研究人員們分析了大約40例震顫患者的資料，包括患有帕金森氏症以及原發性震顫但對於傳統療法沒有反應的患者。
研究人員使用的技術是由磁共振成像(MRgFUS)引導的聚焦超音波。這種微創手術採用了一種觸發超音波以影響大腦的裝置(圖2)。
圖2：MRgFUS超音波腦神經治療機器。（來源：niversity of L'Aquila）
高強度的聲波在MRI的引導下聚焦於大腦組織的特定區域。一旦進入腦組織，將會產生熱並破壞視丘，從而長期減少震顫。視丘是大腦皮層下的區域，其作用十分基礎且複雜：依據每種體驗選擇並控制傳入的資訊。
研究團隊發現，在39名患者中，有37名立即表現出震顫減輕。即使經過一段時間，震顫情況仍較低。但也會對一些患者造成副作用，例如四肢無力，以及身體其他部位的敏感性改變。
目前，這種手術的唯一問題在於它鮮為人知，而且幾乎沒有什麼醫療中心可提供這種療法，正如Professor Bruno所說的：「這種技術在神經系統疾病中的臨床應用絕對是十分新穎的；FDA在2-3年前就批准其臨床用途了，但很少有患者知道這種療法，但仍然有一些專門的中心提供這種治療選擇。」
該技術無需任何侵入性干預。透過聚焦超音波波束的方式，可以加熱與破壞異常的腦組織，從而保護周圍的健康組織。相較於進行深層腦刺激或植入小型電極的手術，該技術造成出血或感染並發症的風險較小，但其缺點在於整個過程是不可逆的，任何副作用也都是永久性的。
編譯：Susan Hong
(參考原文：Ultrasound Appears to Relieve Parkinson’s Symptoms，by Maurizio Di Paolo Emilio)
