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HIFU与人工智能超声介入发展前景研究报告

wang 2026-10-27 行业资讯
HIFU与人工智能超声介入发展前景研究报告

行 业 研 究 报 告

高强度聚焦超声(HIFU)与人工智能、超声介入发展前景

技术演进 · 临床落地 · 产业格局 · 数智化路径

二〇二六年十月

基于公开发表文献、行业报道与企业公开资料整理

摘要

高强度聚焦超声(High-Intensity Focused Ultrasound,HIFU)通过体外换能器将声能聚焦于体内靶点,在不切开皮肤、不穿刺、不使用电离辐射的前提下实现组织消融。经过二十余年发展,HIFU 已从一项实验室技术成长为覆盖妇科、泌尿、肿瘤、神经等多领域的无创治疗平台。近五年,人工智能(AI)、机器人相控阵、多模态影像融合与 5G 远程技术的叠加,正在把 HIFU 从"依赖术者经验的手工操作"改造为"数据驱动的闭环治疗系统"。

本报告基于公开发表的同行评议文献、行业研究机构报告、企业公开资料与权威媒体报道,系统梳理 HIFU 与超声介入的技术原理、临床落地、AI 赋能路径与产业格局,并对未来三至五年的发展趋势作出判断。报告所引数据均标注来源,文末附参考文献清单,供进一步核查。

核心结论

  1. HIFU 的竞争焦点已从"能否消融"转向"能否精准、可预测、可复制地消融",AI 与机器人是决定性变量。
  2. AI 在术前规划、术中导航与温控、术后评估三个环节均已有可验证的量化证据,而非概念验证。
  3. 非热组织碎裂术(histotripsy)与"HIFU+免疫检查点抑制剂"是两条最具爆发力的前沿曲线。
  4. 全球 HIFU 适应症开发率不足 10%,装机与支付覆盖仍是主要瓶颈,也意味着巨大的增量空间。
  5. 中国在原创设备、产业链完整度与 5G 远程能力上具备全球竞争力,具备输出"设备+服务+标准"的条件。

一、引言:无创治疗的范式转移

1.1 从"切开—灼烧—照射"到"聚焦超声"

现代肿瘤与实体病灶治疗长期依赖三条路径:外科切除(切)、化学治疗(毒)、放射治疗(照)。三者均伴随不同程度的创伤、全身毒性与组织损伤。聚焦超声提供了第四条路径——利用声波的机械能与热能在体内"隔山打牛",把能量精确沉积在靶点,使病灶发生不可逆凝固性坏死,而声波路径上的正常组织不受损伤。

这一路径的临床价值在于三点:其一,无创,无切口、无穿刺通道,感染与出血风险显著降低;其二,无电离辐射,可重复治疗,对育龄女性、儿童及需多次干预的慢性病患者尤为友好;其三,保留器官与功能,例如子宫肌瘤患者术后仍可保留子宫、维持生育能力。正因如此,HIFU 被视为从"有创治疗"迈向"无创精准治疗"的代表性技术。

1.2 研究范围与方法

本报告聚焦三个对象:HIFU 热消融与非热组织碎裂术、以超声为引导的经皮介入(消融、穿刺、置管),以及贯穿其间的 AI 与机器人技术。资料采集截至 2026 年 10 月,来源包括:同行评议期刊论文(PubMed/DOI 可查)、行业市场研究机构报告、国家及区域媒体报道、企业公开披露信息。

需要说明的是,不同来源对"装机量""适应症数量"的统计口径存在差异:有的按整机装机医院计,有的按设备台数计,有的按已开展术式计。本报告在引用时保留原始口径并注明来源,读者在横向比较时应注意区分。

二、HIFU 的技术原理与分类

2.1 三大物理效应

HIFU 的治疗效应由三种物理机制共同构成。第一是热效应:聚焦声束在焦域内被组织吸收,数秒内使局部温度升至 60–100℃,蛋白质变性、细胞发生凝固性坏死。典型焦域直径仅 1–3 毫米,类似"体内定点灼烧"。第二是机械效应:声压梯度对细胞膜与组织结构产生剪切与挤压,直接造成机械性损伤。第三是空化效应:声场作用下组织内微气泡产生、膨胀与溃灭,溃灭瞬间产生的冲击波与微射流可进一步破坏细胞。

三种效应的权重取决于声学参数。热消融以连续或长脉冲高强度声波为主,追求温升;组织碎裂术则以微秒级短脉冲激发密集空化云,追求机械液化而非升温。这一分野构成了当前两条并行的技术路线。

2.2 热消融与非热组织碎裂术

热消融 HIFU 是目前商业化最成熟的路线,广泛用于子宫肌瘤、前列腺癌、骨肿瘤及神经调控等领域。其优势是消融边界清晰、可通过影像评估非灌注体积;局限在于热量扩散可能累及邻近血管、胆管等精细结构,且存在"热沉效应"——血流会带走热量,导致靶区温度不足。

非热组织碎裂术(histotripsy) 是近年最受关注的新路线。它以微秒级脉冲在焦点形成"气泡云",气泡的快速膨胀与塌陷产生机械力,将靶组织液化为碎屑,由机体自行吸收。由于不依赖升温,它避免了热沉效应与热损伤,理论上更靠近血管、胆管等危险结构也更安全。美国 FDA 已于 2023 年 10 月通过 De Novo 途径批准其用于肝脏肿瘤的非热消融。

对比维度

热消融 HIFU

非热组织碎裂术

能量形式

连续/长脉冲高强度声波

微秒级短脉冲,激发空化云

组织破坏机制

高温凝固性坏死

机械液化,无显著温升

对邻近结构影响

热扩散可能累及血管、胆管

无热沉效应,靠近危险结构更安全

可重复性

可重复,但受瘢痕与热累积限制

非电离、非热,可重复性强

代表适应症

子宫肌瘤、前列腺癌、骨肿瘤、震颤

肝脏原发/转移瘤(已获批)

成熟度

成熟,商业化程度高

快速放量,适应症持续扩展

表 1 热消融 HIFU 与非热组织碎裂术对比(据文献 [11][12][13] 整理)

2.3 治疗流程与关键参数

一次完整的 HIFU 治疗通常包含五个环节:术前影像评估与靶区勾画、治疗计划制定(能量、路径、布点)、体位固定与耦合、实时影像引导下的逐点或逐层消融、术后疗效评估。关键参数包括声功率、频率、脉冲宽度与占空比、单点驻留时间、扫描路径与层间距。这些参数的组合直接决定消融率、并发症率与治疗时长,也是 AI 介入价值最高的环节。

传统流程中,参数选择高度依赖术者经验,不同术者之间差异显著。行业研究显示,机器人定位系统可将术者间操作差异降低约 34%,而 AI 辅助规划可将手术时间缩短约 24%,并把消融完整率从 89% 提升至 96%。这组数据说明,HIFU 的瓶颈已不在"能否做",而在"能否稳定地做好"。

三、临床应用现状与成熟度

3.1 已商业化的成熟适应症

妇科:子宫肌瘤与子宫腺肌病。这是 HIFU 全球应用最广、证据最充分的领域。治疗无需开刀、无需全麻,术后次日多可出院,有生育需求者通常建议术后 3–6 个月开始备孕。据中国妇幼保健协会数据,2024 年我国 HIFU 治疗子宫肌瘤与腺肌病的临床应用率较 2019 年增长 217%,超过 80% 的符合适应症患者在治疗后愿意推荐该技术。截至 2025 年,全球已有 12 个权威医学机构发布的诊疗指南将其纳入核心推荐。

泌尿:前列腺癌。FDA 已批准 HIFU 用于前列腺癌治疗。研究显示,HIFU 不仅能局部消融肿瘤,还可增加肿瘤浸润淋巴细胞,激发针对前列腺癌的特异性细胞免疫,为与免疫治疗联用提供了生物学基础。

骨科与神经:骨肿瘤、特发性震颤与帕金森震颤。经颅聚焦超声(transcranial FUS)已获批用于药物难治性特发性震颤,并扩展至帕金森病震颤,是 HIFU 在神经领域最成熟的落地场景。

3.2 拓展中的多脏器消融

肝脏。肝癌与肝转移瘤是当前增长最快的方向。多模态影像融合导航(超声与增强 MRI/CT 三维配准)可将穿刺与消融精度提升至亚厘米级;3D 超声成像可确保治疗区域完全覆盖,并标记未充分治疗的区域,指导术者即时补点。

甲状腺与乳腺。超声引导下热消融(微波/射频)已被多项临床指南推荐为良性甲状腺结节的首选方案之一,具有仅留 1–2 毫米针孔、术后当天恢复日常活动的优势。乳腺良恶性结节同样是 HIFU 的重要拓展方向。

胰腺。胰腺癌因位置深、毗邻血管,长期被视为消融禁区。2025 年已有 HIFU 用于胰腺癌的临床试验报告肿瘤退缩,治疗时间以分钟计,提示这一"硬骨头"正在被啃动。

3.3 中国产业力量

海扶科技(重庆)。中国原创 HIFU 装备的代表。其"海扶刀"系列设备已出口全球 35 个国家和地区,累计治疗患者超过 33 万例,在国内 3000 多家医疗机构及"一带一路"沿线 80 余家海外机构安装使用,约占全球聚焦超声治疗设备三分之一的市场份额。设备可实现不开刀、不流血、保器官,治疗肝癌、胰腺癌、乳腺癌、乳腺纤维瘤、子宫肌瘤、子宫腺肌病等多种实体肿瘤。

中惠医疗(上海)。其相控阵聚焦超声肿瘤治疗系统(USg-PHIFU)采用 144 路电子相控阵元与智能化操作平台,可实现亚毫米级治疗精度,较传统机械聚焦效率提升 50% 以上,并能动态校正复杂组织环境中的声场偏差。配套的 5G 远程治疗系统可支撑分级诊疗。其"超声+机器人+AI"平台已通过国家药监局审批并进入全面上市阶段,模块化架构可适配乳腺、甲状腺、胰腺等 10 余种适应症。

需要指出,HIFU 理论可治疗 180 余种疾病,但目前全球仅开发 30 余种适应症,市场开发率不足 10%;全球装机医院约 1200 余家。适应症开发与装机下沉,是未来十年最主要的增量来源。

成熟度

代表适应症

关键特征与证据

成熟·已商业化

子宫肌瘤/腺肌病、前列腺癌、骨肿瘤、特发性与帕金森震颤

多国指南推荐;大样本临床证据;支付覆盖较好

拓展中

肝癌与肝转移瘤、甲状腺结节、乳腺结节、胰腺癌

融合导航与 3D 超声提升精度;证据快速积累

探索期

组织碎裂术(心、血栓)、HIFU+免疫联合、血脑屏障开放、声动力治疗

机制验证与早期临床试验为主;监管路径逐步清晰

表 2 HIFU 与超声介入适应症成熟度矩阵(据文献 [4][11][12][18][21] 整理)

四、人工智能如何重塑 HIFU 与超声介入

AI 对 HIFU 的改造不是单点提效,而是贯穿"规划—执行—评估"的闭环。以下按治疗时序拆解四个关键落点。

4.1 术前:智能规划与疗效预测

疗效预测。MRI 影像组学结合机器学习,可在治疗前预测 HIFU 对子宫肌瘤的消融效果。一项纳入 13 项研究、608 例患者的系统评价与荟萃分析显示,影像组学模型的合并 AUC 为 0.84,敏感度 77%、特异度 78%,具备辅助临床决策的潜力;但研究同时指出地理多样性不足、报告规范不一致、开放科学实践薄弱等局限。

自动规划。深度学习可基于患者个体化解剖与组织特性,自动确定最佳焦点位置、布点顺序与单点作用时间,避免过度或不足治疗。滑铁卢大学的研究将物理信息神经网络(PINN)与真实乳腺模型结合,以无网格方式高效求解声场与热传导方程,计算量显著低于传统有限元方法,并已在离体牛肝实验中验证温升预测。

参数优化。AI 可分析术前多模态影像,自动优化声功率、频率、脉冲时序等参数,并依据组织声学特性个性化调整能量投送。行业数据显示,AI 引导的治疗规划使手术时间缩短约 24%,消融完整率由 89% 提升至 96%,多款商用系统已于 2025 年集成 AI 模块。

4.2 术中:实时感知与精准投送

实时分割。基于 Swin-Unet 等架构的轻量级分割框架,可在 B 型超声图像上实时识别消融灶边界,为"打到哪里、还要不要补"提供客观依据。相关研究在仿真与离体鸡胸肉实验中验证了分割效率与准确性。

实时温控与疗效反馈。传统 MR 测温受限于设备与成本,弹性成像、声辐射力脉冲成像(ARFI)等超声手段正成为补充。组织碎裂术场景中,超声系统每秒可采集约 45 帧图像,AI 对图像流实时处理,判断组织是否被破坏的准确率可达 93%,并据此动态调整功率、频率与脉冲时序。

机器人定位与自适应聚焦。机器人定位系统替代手动移动换能器,可实现亚毫米级定位精度,并将术者间差异降低约 34%。相控阵换能器可动态调整波束指向,补偿呼吸运动、组织运动与声学特性变化,使肝、肾等运动器官的治疗精度显著提升。2025 年已有 18 个以上新一代机器人 HIFU 平台进入临床评估。

4.3 术后:疗效评估与闭环学习

术后评估从"看一张片子"转向"算一组指标"。对比增强超声(CEUS)可基于灌注评估消融边界,PET-MRI 可从代谢层面验证治疗反应。更重要的是,每一次治疗的结构化数据(影像、参数、即刻疗效、随访结果)回流至模型,形成"治疗—数据—模型—更好的治疗"的正反馈。这正是 HIFU 从经验医学走向数据驱动医学的关键。

4.4 超声介入的一体化智能体系

肿瘤超声诊疗一体化。解放军总医院梁萍团队构建的 AI 超声多模态平台,纳入全国数百家不同层级医院的多中心数据,将肝脏肿瘤良恶性鉴别准确率从传统超声的不足 50% 提升至 90%。其智能消融系统可学习数万例治疗案例的关键参数,针对具体病例(如 4 厘米肝癌)自动给出针数、布点、功率与作用时间,把依赖经验的治疗转化为数据驱动的规范化治疗。

超声引导经皮介入。中国医学科学院阜外医院潘湘斌团队的超声引导经皮介入技术,实现"不开刀、不用放射线和造影剂、不用全身麻醉"的结构性心脏病治疗,获世界卫生组织科技创新奖。该技术采用高频线阵与腔内探头联用,结合动态穿刺引导算法,将穿刺误差控制在 ±0.5 毫米以内;集成 AI 辅助识别后,可自动标注病灶边界与危险结构,新手医师学习周期缩短约 60%。团队已培训全球 30 余国医生,救治患者超过 20 万例。

环节

AI 能力

代表技术与证据

量化效果

术前

靶区勾画、疗效预测、参数规划

MRI 影像组学、PINN 声热建模、深度强化学习规划

规划时间 −24%;消融完整率 89%→96%;预测 AUC 0.84

术中

实时分割、温控、机器人导航、自适应聚焦

Swin-Unet、ARFI/弹性成像、相控阵波束调控

破坏识别准确率 93%;术者差异 −34%;亚毫米定位

术后

消融边界评估、复发风险预测、数据回流

CEUS 灌注、PET-MRI 代谢评估

评估从定性走向定量

介入

穿刺路径规划、危险结构识别

多模态融合导航、动态穿刺引导

穿刺误差 ±0.5 毫米;学习周期 −60%

表 3 AI 在 HIFU 与超声介入中的嵌入点与代表证据(据文献 [1][2][3][6][7][17][22] 整理)

五、前沿方向

5.1 非热 Histotripsy 的商业化提速

组织碎裂术在 2025 年迎来商业化拐点。其 Edison 系统于 2023 年 10 月获 FDA De Novo 授权,用于肝脏肿瘤非热消融;HOPE4LIVER 临床试验显示局部肿瘤控制率约 90%,与现有消融疗法相当,同时减少并发症与恢复时间。2025 年 10 月,美国保险公司 Elevance Health 发布积极医疗政策,自 10 月 21 日起在 14 个州扩展覆盖,惠及约 4540 万会员;同期公司完成 2.5 亿美元融资,用于全球扩张。肾癌适应症的临床试验已完成,正在等待 FDA 批准。胰腺癌、前列腺癌的临床前与早期临床工作亦在推进。

值得注意的是,监管机构对"局部肿瘤控制率、五年生存率、总生存率"等硬终点尚未作出评估,设备的临床价值仍需更长随访验证。这既是风险,也是后续研究的机会窗口。

5.2 HIFU 与免疫治疗的协同

HIFU 消融肿瘤后,坏死细胞释放损伤相关分子模式(DAMPs),可诱导免疫原性细胞死亡,激活树突状细胞与 CD8+ 细胞毒性 T 细胞,进而对未经治疗的远端病灶产生"远隔效应"(abscopal effect)。2025 年多项研究提供了量化证据:

l空化气泡辅助的 Trigger HIFU 在小鼠双侧结肠癌模型中,使治疗侧肿瘤体积缩小约 75%,未治疗侧同样显著受抑;CD8+ T 细胞清除后效应消失,证实其免疫依赖性;与抗 PD-1 联用后疗效进一步增强。

l全氟己烷纳米液滴辅助的机械性 HIFU,使 Hepa 1-6 细胞死亡率达 77.2%,原发瘤体积缩小 83.3%、转移瘤缩小 76.6%;与 αPD-1 联用较单药抑瘤率再提升约 30%。

l前列腺癌研究显示,HIFU 可增加 CD4+ 与 CD8+ 淋巴细胞浸润,且在人外周血中观察到 HIFU(而非前列腺切除术)刺激产生的抗肿瘤淋巴细胞。

这意味着 HIFU 的角色可能从"局部灭活工具"升级为"原位肿瘤疫苗",与免疫检查点抑制剂形成"局部消融+全身免疫"的组合疗法。这是未来五年最值得关注的临床研究方向之一。

5.3 血脑屏障开放与神经调控

聚焦超声的价值不止于"破坏"。研究表明,聚焦超声可短暂开放血脑屏障,使化疗药物进入脑肿瘤。在多形性胶质母细胞瘤患者中,该策略将中位生存期从约 19 个月延长至 30 个月以上。经颅聚焦超声用于慢性疼痛等神经调控的研究亦在推进,但现有临床研究普遍存在样本量小、随访期短的局限,尚需高质量证据。

5.4 诊疗一体化与声动力治疗

"诊断—治疗"一体化是超声的天然优势:同一探头既可成像定位,又可投送能量。声动力治疗(sonodynamic therapy)则把低强度超声与声敏剂结合,由超声激活药物产生活性氧杀伤肿瘤,截至 2025 年初全球已有 13 项临床试验。此外,声学全息透镜、生成式模型(GAN)辅助的声场设计,正在把"任意形状的加热图案"变为可能,为复杂靶区的适形消融提供新工具。

六、产业格局与市场前景

6.1 全球市场与竞争格局

全球 HIFU 市场正处于"技术融合驱动增长"的阶段。市场研究机构预计,超声肿瘤治疗系统(HIFU)市场规模到 2030 年将超过 2 亿美元;主要参与者包括重庆海扶(中国)、EDAP TMS(法国)、Sonablate(美国)、Theraclion(法国)、InSightec(以色列)、Alpinion(韩国)、PRO Hitu(中国)、中惠医疗(中国)等。行业趋势清晰:AI 与机器人融合、组合疗法扩展、系统便携化下沉。

6.2 中国市场的结构性优势

中国在 HIFU 领域具备三重优势。第一,原创装备与完整产业链:海扶刀是我国具有完全自主知识产权的大型医疗设备,核心技术与关键零部件自主可控。第二,规模化临床数据:国内装机与治疗例数全球领先,为 AI 模型训练提供了稀缺的多中心数据资产。第三,远程与分级诊疗能力:5G 远程治疗系统已在国产平台上落地,具备把优质资源下沉到县域的现实条件。

6.3 商业模式演进

HIFU 的商业模式正从"卖设备"向"设备+耗材+服务+数据"演进。设备是一次性收入,耗材(耦合剂、消融针、纳米液滴等)与服务(培训、远程运营、质控)提供持续现金流,而结构化治疗数据则可能衍生出算法授权、疗效保险与真实世界研究等新价值。对于医疗机构而言,HIFU 不仅是新增术式,更是"无创治疗中心"这一学科平台的入口。

指标

数值

口径与来源

全球 HIFU 市场规模(2030 年预计)

超过 2 亿美元

超声肿瘤治疗系统口径,文献 [2]

全球 HIFU 装机医院

约 1200 余家

聚焦超声整体口径,文献 [4]

理论可治/已开发适应症

180 余种/30 余种

市场开发率不足 10%,文献 [4]

海扶设备出口国家/地区

35 个

累计治疗超 33 万例,文献 [18]

海扶国内装机机构

3000 多家

海扶系列设备口径,文献 [18][19]

子宫肌瘤/腺肌病应用率增长<page></page>

较 2019 年 +217%

2024 年数据,中国妇幼保健协会,文献 [20]

组织碎裂术局部肿瘤控制率

约 90%

HOPE4LIVER 试验,文献 [11][12]

表 4 HIFU 产业关键数据一览(口径差异已在备注中标注)

七、核心挑战与风险

循证医学证据仍不均衡。子宫肌瘤、前列腺癌等成熟适应症证据充分,但多数拓展适应症仍缺乏大样本随机对照试验与长期随访。影像组学等 AI 研究虽显示良好性能,却普遍存在方法学偏倚、外部验证不足、开放科学实践薄弱等问题。

监管与支付。不同国家与地区的审批路径、适应症范围、报销政策差异显著。以组织碎裂术为例,即便获得 FDA 授权,保险覆盖仍需逐州、逐支付方谈判。支付是技术放量的"最后一公里"。

工程与解剖限制。含气空腔脏器(肺、胃肠道)因声波无法有效传播,目前仍是 HIFU 的相对禁区;肋骨遮挡、肥胖导致的声衰减、运动器官的靶点漂移、深部病灶的温控精度,都是工程难点。

数据、伦理与安全。多中心数据共享涉及隐私与合规;算法在 minority 人群、不同设备与不同操作流程下的泛化能力有待验证;当 AI 参与治疗决策时,责任边界需要制度性安排。

八、对医疗机构数智化建设的启示

8.1 "AI 规划+机器人执行+5G 远程"的范式

HIFU 已经跑通了"专家远程规划—机器人本地执行—AI 实时质控"的完整链条。这一范式的意义超出单一术式:它证明了高难度治疗可以拆解为"可传输的决策"与"可标准化的执行",从而突破优质医疗资源的地理约束。对于正在建设远程诊断/远程医疗平台的机构,这是从"远程看片"走向"远程治疗"的可参照样本。

8.2 数据闭环是核心资产

HIFU 智能化的本质,是把专家的隐性经验转化为结构化数据,再用数据训练模型、反哺临床。多中心影像、治疗参数、即刻疗效与随访结果构成的数据闭环,比单台设备更难复制,也更有长期价值。建议在信息化规划中,从诊断侧就预埋治疗规划与疗效随访的数据接口,避免形成新的"数据孤岛"。

8.3 基层赋能的组织路径

AI 把专家经验"封装"进系统,可显著降低对稀缺术者经验的依赖——研究显示新手学习周期可缩短约 60%。但技术下沉不等于能力下沉,仍需配套的培训体系、质控标准与远程支持机制。可行的路径是"区域中心+基层站点":中心负责疑难规划与质控,基层负责标准化执行与随访,通过 5G 与云平台实现同质化管理。

九、结论与展望

HIFU 正处在从"技术可行"迈向"临床可及"的关键阶段。技术侧,热消融与组织碎裂术双线并进,AI 与机器人把治疗精度、效率与可重复性推到新高度;临床侧,成熟适应症持续放量,肝脏、甲状腺、胰腺等新战场快速打开;产业侧,中国市场凭借原创装备、规模数据与远程能力形成结构性优势。

未来三至五年,最值得关注的三个变量是:其一,组织碎裂术能否在肾癌、胰腺癌等适应症上复制肝癌的成功,并获得更广泛的支付覆盖;其二,HIFU 与免疫治疗的联合能否从动物实验走向大样本临床,真正把"局部消融"变成"全身免疫";其三,AI 能否从"辅助工具"进化为"可信赖的治疗决策伙伴",并在监管框架内获得明确定位。

对医疗机构而言,HIFU 不应被简单视为一台新设备,而应被纳入"无创治疗中心+数据平台+远程网络"的整体布局。谁先完成数据闭环与能力下沉,谁就更有可能在下一轮无创治疗竞争中占据主动。

参考文献

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7.TalkMED 拓麦. 梁萍教授:医工融慧,智破瘤疾——肿瘤超声诊疗一体化智能体系的创新与实践[EB/OL]. https://portal.talkmed.com/news/2969

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