腦機(jī)啟偵丨深度解讀ITRUSST《經(jīng)顱超聲刺激生物物理安全共識》

近期，一項(xiàng)針對物質(zhì)成癮（SUD）的tFUS臨床試驗(yàn)報(bào)告了一起嚴(yán)重的腦損傷事件（微出血與腦水腫）。這起事件引發(fā)了業(yè)界數(shù)位領(lǐng)域?qū)＜业目棺h，爭議核心不在于技術(shù)本身，而是在于“不透明的參數(shù)”與“對安全閾值的忽視”。

這次事故給全行業(yè)敲響了一次警鐘。為了厘清“安全”的定義，國際經(jīng)顱超聲刺激安全與標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟（ITRUSST）于2025年發(fā)布了重磅綜述。今天，我們不談事件本身，只談干貨：到底設(shè)置什么樣的參數(shù)，才是公認(rèn)的“非顯著風(fēng)險(xiǎn)（NSR）”？

什么是NSR？

首先需要明確，ITRUSST并沒有定義“損傷閾值”（即超過多少一定會(huì)造成損傷），而是定義了非顯著風(fēng)險(xiǎn)的邊界。

只要實(shí)驗(yàn)參數(shù)落在紅線以內(nèi)，在目前的科學(xué)認(rèn)知下，造成生物物理損傷的概率是極低的。

適用前提：

■ 頻率范圍：200 - 800 kHz

■ 對象：無禁忌癥、無體溫調(diào)節(jié)受損、無血管脆弱性的人群

■ 排除情況：不使用超聲造影劑（微泡），不涉及高強(qiáng)度聚焦超聲（HIFU）消融

第一維度：機(jī)械安全（mechanical safety）—死守MI ≤ 1.9的紅線

這是共識中最強(qiáng)調(diào)的部分，因?yàn)闄C(jī)械效應(yīng)（空化）往往比熱效應(yīng)更難以預(yù)測且后果更嚴(yán)重。

1.核心指標(biāo)：機(jī)械指數(shù)（mechanical index, MI）

綜述明確提出，衡量機(jī)械風(fēng)險(xiǎn)的最佳指標(biāo)不是聲強(qiáng)，而是MI（或經(jīng)顱MItc）。

Pr：峰值負(fù)壓（單位：MPa），即單位面積上超聲波“拉伸”組織的壓力。

fc：換能器中心頻率（單位：MHz）。

2. 安全閾值：MI ≤ 1.9

● 共識規(guī)定：無論是自由場MI還是經(jīng)顱估算的MItc，都不應(yīng)超過1.9；

● 科學(xué)依據(jù)：這一數(shù)值沿用了FDA對診斷超聲的歷史標(biāo)準(zhǔn)。雖然診斷超聲是短脈沖，tFUS是長脈沖，但現(xiàn)有的證據(jù)表明，只要MI ≤ 1.9，在沒有微泡造影劑的情況下，發(fā)生慣性空化的風(fēng)險(xiǎn)極低；

● 低頻的特殊性：tFUS常用的低頻（如200-500 kHz）比高頻（＞1 MHz）更容易誘發(fā)空化（由公式可知，中心頻率越低，MI越大），因此，在低頻段嚴(yán)守1.9的標(biāo)準(zhǔn)尤為重要。

第二維度：熱安全

超聲波被組織吸收會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量。ITRUSST引入了比單純溫度更科學(xué)的指標(biāo)：熱劑量（thermal dose）和熱指數(shù)（thermal index, TI）。

1. 絕對溫度限制

● 溫升上限：腦組織溫升 ΔT ≤ 2℃

● 絕對值上限：腦組織絕對溫度 ≤ 39℃

2.熱劑量（CEM43）

● 如果溫度稍高但時(shí)間很短，或者溫度稍低但時(shí)間很長，怎么計(jì)算熱的累積？共識推薦使用CEM43（即43℃下累積等效分鐘數(shù)）。

● NSR閾值如下：

腦組織：≤ 2 CEM43

骨骼：≤ 16 CEM43

皮膚：≤ 21 CEM43

3. 熱指數(shù)（TI） vs. 暴露時(shí)間

大多數(shù)設(shè)備無法實(shí)時(shí)測量腦內(nèi)溫度，但會(huì)顯示TI。ITRUSST根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，給出了不同TI值下的最大安全暴露時(shí)長：

注：對于tFUS，通常參考TIC（顱骨熱指數(shù)），因?yàn)轭^骨是主要的發(fā)熱源。

第三維度：評估方法——拒絕“盲打”

共識強(qiáng)調(diào)：設(shè)備面板顯示的自由場功率參考價(jià)值不大，必須估算原位（in situ）參數(shù)，即聲波到達(dá)目標(biāo)靶區(qū)的參數(shù)。

1. 為什么in situ參數(shù)如此重要？

● 頭骨是聲學(xué)屏障：超聲波穿透顱骨時(shí)，會(huì)發(fā)生反射、吸收和畸變。

● 個(gè)體差異巨大：不同人的頭骨厚度、密度不一，同一個(gè)人的顱骨不同部位（如額骨 vs. 顳骨）造成的衰減也不同。

2. 如何獲取in situ的參數(shù)呢？

● 金標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)值模擬

■ 基于受試者顱骨的CT或MRI影像；

■ 使用聲場仿真軟件（如k-wave、BabelBrain等）；

■ 模擬出聲波穿過顱骨后的實(shí)際聲壓分布圖，計(jì)算出MItc和顱內(nèi)ISPPA。

● 銀標(biāo)準(zhǔn)：通用模型估算

■ 如果沒有個(gè)體CT，可以使用標(biāo)準(zhǔn)頭骨模型或統(tǒng)計(jì)學(xué)上的保守衰減系數(shù)進(jìn)行這算；

■ 保守的假設(shè)：即假設(shè)頭骨比較薄、衰減比較小，以此來確保實(shí)際聲壓不會(huì)超標(biāo)。

3. 頭骨插入損耗（insertion loss）

● 計(jì)算MI時(shí)，F(xiàn)DA標(biāo)準(zhǔn)通常使用0.3 dB/cm/MHz的衰減系數(shù)；

● ITRUSST指出，針對經(jīng)顱的應(yīng)用，這個(gè)衰減系數(shù)嚴(yán)重低估了骨頭的衰減。但為了安全，如果不做具體的顱骨聲場仿真，寧可高估腦內(nèi)聲壓，也不能低估。

實(shí)操建議

1. 參數(shù)透明化

● 在發(fā)表論文或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，不要只寫功率或占空比。

■ 必報(bào)參數(shù)清單：

圖1 TRUSST標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)告參數(shù)清單

2. 聲場仿真的必要性

● 顱骨聲場仿真應(yīng)當(dāng)成為tFUS研究的標(biāo)準(zhǔn)流程（SOP）環(huán)節(jié)之一。

圖 2 典型的經(jīng)顱聲場仿真示意（基于BabelBrain）

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來源 | 神蹤科技

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