摘要：聚焦超声脉冲平均强度（Spatial - Peak Pulse - Average Intensity，Isppa），是聚焦超声领域的关键参数。超声以脉冲形式发射，在每个脉冲持续时间内，能量并非均匀分布于整个传播空间。Isppa指的是在超声脉冲持续期间，空间中

聚焦超声脉冲平均强度（Spatial - Peak Pulse - Average Intensity，Isppa），是聚焦超声领域的关键参数。超声以脉冲形式发射，在每个脉冲持续时间内，能量并非均匀分布于整个传播空间。Isppa指的是在超声脉冲持续期间，空间中能量密度最高处（即空间峰值位置）的平均强度，单位为瓦每平方厘米（W/cm²）。它着重体现了超声脉冲在短暂作用时间内，焦点处能量集中程度的平均水平 ，反映了超声脉冲瞬间传递能量的能力。

参考值

在不同的聚焦超声应用场景中，Isppa参考值差异较大。在医学诊断超声成像中，为避免对人体组织造成不可逆损伤，Isppa通常维持在较低水平，一般在几十W/cm²以内。例如，常规B超诊断时，Isppa可能处于10 - 50W/cm²范围，以确保在获取清晰图像的同时，保障组织安全。而在聚焦超声治疗领域，如超声消融肿瘤，为实现对病变组织的有效破坏，Isppa参考值显著提高，可达几百甚至上千W/cm² 。具体数值会因治疗部位、组织类型以及治疗设备的不同而有所波动，例如肝脏肿瘤消融时，Isppa可能在200 - 800W/cm²区间。

安全范围

安全范围的界定至关重要，直接关系到聚焦超声临床应用的安全性与有效性。美国食品药品监督管理局（FDA）等权威机构对不同超声应用的Isppa制定了严格的安全阈值。在诊断超声中，FDA规定Isppa需控制在一定限度以下，通常是为了防止超声的机械效应和热效应导致组织损伤。对于治疗超声，虽然允许较高强度，但也需依据具体治疗方案和患者个体情况精确调控。例如，在超声碎石治疗中，需综合考虑结石硬度、位置以及周围组织敏感性，将Isppa控制在既能有效击碎结石，又不会对泌尿系统及周围组织造成严重伤害的范围，一般在几百W/cm² ，并通过实时监测确保治疗安全。

与ISPTA的鉴别

定义差异：空间峰值时间平均强度（Ispta）与Isppa的定义存在本质区别。Ispta是在超声传播的整个时间段内，对空间峰值处的强度进行时间平均，涵盖了脉冲发射期和间歇期；而Isppa仅计算脉冲持续时间内空间峰值处的平均强度，关注的是脉冲作用瞬间的能量状态。

反映特性不同：Ispta反映的是超声在长时间内对组织的综合能量作用，主要用于评估超声的累积热效应等长期影响。例如在超声理疗中，需依据Ispta判断长时间低强度超声作用下组织的温热反应。Isppa则侧重于体现超声脉冲瞬间的能量冲击能力，在分析超声的机械效应，如超声对细胞的瞬态力学作用、超声空化起始等方面更具参考价值 。

数值关系：一般情况下，由于脉冲存在间歇期，在相同超声发射条件下，Isppa数值会高于Ispta。两者的具体比值取决于超声脉冲的占空比（脉冲持续时间与脉冲重复周期的比值），占空比越小，Isppa与Ispta的差距越大。

聚焦超声脉冲平均强度（I_p）是评估超声能量输出的核心参数之一，尤其在治疗超声（如HIFU）中直接影响生物效应与安全性。本文系统阐述I_p的定义、计算方法、参考阈值及其与ISPTA等参数的关联性，结合国际标准与最新研究，探讨其在临床实践中的优化策略与风险控制。

1. 概念定义与物理意义

1.1 脉冲超声的基本特性

- 脉冲特性：短时高能脉冲（微秒至毫秒级）与间歇期的交替，降低组织热累积。

- 关键参数：脉冲持续时间（τ）、重复频率（PRF）、占空比（Duty Cycle）。

1.2 I_p的数学表达与测量

- 定义：单脉冲周期内空间峰值声强的平均值。

- 测量方法：水听器法、辐射力天平法（需注明国际标准如IEC 61161）。

2. 参考值与安全范围

2.1 诊断与治疗的差异化标准

- 诊断超声（B超/多普勒）：

- 典型I_p范围：1–100 W/cm²（依据FDA 510(k)指南）。

- 安全逻辑：ALARA原则（As Low As Reasonably Achievable）。

- 治疗超声（HIFU/溶栓）：

- 典型I_p范围：100–10,000 W/cm²（需注明组织类型，如肝脏vs. 神经组织）。

- 安全阈值：热指数（TI）

2.2 安全风险的生物物理学机制

- 热效应：I_p与温度升高的非线性关系（Arrhenius损伤积分模型）。

- 空化效应：高I_p下惯性空化风险的阈值（如> 300 W/cm²可能引发不可控空化）。

3. 与ISPTA等参数的鉴别分析

3.1 参数定义对比

参数

定义

应用场景

I_p

单脉冲周期内空间峰值声强的平均值

评估瞬时能量沉积

ISPTA

空间峰值时间平均强度（含脉冲间歇期）

长期暴露安全评估

ISPPA

空间峰值脉冲平均强度

空化效应风险评估

3.2 临床意义差异

- I_p：直接关联组织瞬时机械/热损伤，适用于HIFU治疗剂量控制。

- ISPTA：反映长时间照射下的平均能量，用于诊断设备安全监管（如FDA限制ISPTA ≤ 720 mW/cm²）。

4. 争议与前沿进展

- 争议点：

- I_p是否应结合声场分布（如焦域体积）评估生物效应？

- 现有安全标准对新型复合脉冲序列（如爆破波模式）的适用性。

- 前沿方向：

- 基于人工智能的实时I_p反馈控制（如2023年Nature子刊报道的闭环HIFU系统）。

- 微泡增强超声治疗中I_p阈值的动态调整策略。

5. 结论与建议

- I_p是聚焦超声能量传递的核心参数，需结合脉冲特性与组织声学属性进行个性化优化。

- 临床操作中应同步监测I_p与ISPTA，平衡疗效与安全性。

- 呼吁建立针对新型治疗模式的I_p安全标准更新机制。

参考文献

- 经典文献：Ter Haar G. Therapeutic applications of ultrasound. *Prog Biophys Mol Biol*. 2007.

- 安全标准：IEC 60601-2-62 (医用超声设备安全要求).

- 最新研究：Xu Z, et al. Real-time cavitation control in HIFU therapy. *Ultrason Sonochem*. 2023.

来源：医学镜界