聚焦式低強度脈沖超聲波（focused low-intensity pulsed ultrasound，FLIPUS）作為一種無創的物理治療方法，廣泛應用于骨科、神經外科、泌尿外科和康復醫學科等臨床專科。越來越多的研究發現 FLIPUS 可以通過促進組織再生、緩解疼痛與抑制炎癥等機制來治療膝骨關節炎（knee osteoarthritis，KOA），改善 KOA 的常見臨床癥狀，如關節疼痛或僵硬、關節活動受限和步行功能下降，且能在一定程度上提高患者的生活質量。該文主要就 FLIPUS 治療 KOA 的作用和生物物理機制以及相關臨床研究作一綜述，旨在為開展這方面研究的臨床工作者提供參考。
引用本文： 李遠超, 趙冰冰, 楊暢然, 羅慶祿. 聚焦式低強度脈沖超聲波在膝骨關節炎治療中的應用研究進展. 華西醫學, 2023, 38(1): 134-139. doi: 10.7507/1002-0179.202208073 復制
膝骨關節炎（knee osteoarthritis，KOA）作為退行性骨性關節炎中最常見的一種，主要由于多種生物、化學和機械因素共同作用而引起關節軟骨的損傷和丟失[1]，導致不同程度的疼痛、關節活動受限和步行功能障礙，嚴重影響患者的生活質量和心理健康[2]。目前臨床治療 KOA 的目的是減輕疼痛、控制并發癥、延緩疾病進展和改善功能，主要通過藥物、非藥物治療以及手術治療來實現[3]。超聲波是常用于治療 KOA 的非藥物療法之一，可以改善 KOA 患者的疼痛、肌肉力量、功能障礙和生活質量[4]，但傳統超聲波治療的臨床療效尚不確切，原因可能是超聲波無法集中到病變部位導致治療劑量不足[5]；而聚焦式低強度脈沖超聲波（focused low-intensity pulsed ultrasound，FLIPUS）被認為能夠解決該問題，FLIPUS 是指強度為低于 3.0 W/cm2 的聚焦式超聲波[6]，可將超聲波束聚焦在目標區域，具有照射部位可控、穿透力強、能量衰減低等優點[7]。近年的研究對 FLIPUS 的物理學特性及其分子生物學機制進行了廣泛深入的探討，發現 FLIPUS 可以激活一系列細胞信號轉導通路和誘發生物學效應[7]，達到促進軟骨細胞再生[8]、緩解疼痛[9]和炎癥抑制[10]的目的。因此，FLIPUS 作為一種無創且有效的物理治療方法，在骨科、神經外科、泌尿外科和康復醫學科等臨床專科中的應用越來越廣泛，目前越來越多的學者應用 FLIPUS 治療 KOA，并取得一定療效[11]。本文主要就 FLIPUS 在 KOA 治療中的應用進展作一綜述。
1 FLIPUS 的發展歷史
早在 2008 年和 2011 年，就有學者發現 FLIPUS 能作用于神經調節，能夠可逆地調節特定區域的腦功能，且不會引發組織損傷[12-13]，是一種十分安全有效的物理治療手段，從此掀起研究 FLIPUS 的熱潮。近幾年，FLIPUS 的應用范圍有所擴展，包括組織再生與修復、骨骼肌肉疼痛、精神心理疾病和外泌體遞送在內的各種領域[14-15]，目前已有研究顯示 FLIPUS 可以修復與骨、軟骨和滑膜等關節病理相關的損傷，能有效控制疼痛[16-18]，因此，2016 年 Jia 等[11]在臨床上應用 FLIPUS 來治療 KOA 患者，并發現 FLIPUS 能有效改善 KOA 患者關節退化、機械性和化學性疼痛和功能活動障礙的問題。在 2022 年，該團隊進行了 FLIPUS 與脈沖短波透熱療法治療 KOA 的療效對比研究，發現 FLIPUS 療效優于脈沖短波透熱療法[19]。
2 FLIPUS 治療 KOA 的機制
FLIPUS 治療 KOA 主要以機械效應與空化效應為主發揮治療作用，但其作用后產生的具體生理機制十分復雜，目前仍然不明確，越來越多的證據表明可能與組織再生、疼痛緩解與抑制炎癥等有密切聯系。
2.1 組織再生
臨床前研究已經證實 FLIPUS 以無創的方式通過軟組織傳遞到目標區域，將機械信號轉化為生物學信號，參與了神經[20]和肌腱[5]的修復與再生過程。例如，在坐骨神經切斷損傷的大鼠模型中，FLIPUS 通過促進血管生成和神經營養因子相關基因高表達，從而加速坐骨神經再生和功能恢復[8, 21]。FLIPUS 也可以減少骨不連的愈合時間，以時間依賴的方式促進骨再生[16]， 而且結合多孔支架對骨再生能發揮更積極的影響，例如 FLIPUS 可加速和優化兔下頜骨多孔碳化硅支架的成骨效果，且植入物周圍骨再生效應強于低強度準直脈沖超聲波[7]。KOA 的發病機制之一是機械損耗和生物機能下降的共同作用導致關節軟骨退行性改變[11]，使得軟骨細胞被破壞，軟骨細胞凋亡率增高。研究顯示，FLIPUS 的機械負荷會傳遞到軟骨細胞處，從而激活軟骨細胞內相關生化反應，最終可促進軟骨細胞增殖，減少軟骨細胞的凋亡，增加細胞外基質產生，從而延緩軟骨退變[9]。Song 等[16]在關節軟骨缺損模型中用 100～600 mW/cm2、20 min/d 的 FLIPUS 聯合脂肪干細胞治療 4 周后，透明軟骨細胞數目明顯增加，纖維軟骨幾乎沒有產生，表明對軟骨細胞進行 FLIPUS 體外刺激可促進透明軟骨增殖，能更好地修復關節，這為臨床使用組織工程軟骨修復 KOA 提供了新思路。Puts 等[22]發現 FLIPUS 能增加 Hippo 信號通路的核效應器 Yes 相關蛋白的活性，將 FLIPUS 的機械信號轉入細胞核，增加促增殖基因的轉錄，最終促進小鼠成肌細胞（C2C12）細胞株的增殖與成肌分化，說明 FLIPUS 可促進骨骼肌修復與再生，緩解長期 KOA 伴有的骨骼肌損傷和無菌性炎癥等問題，但確切的機制與療效仍需要體內試驗與臨床試驗進一步探究。
2.2 疼痛緩解
KOA 的疼痛可能由多種情況引起，其中 KOA 的機械疼痛、外周痛覺敏化以及隨后的中樞疼痛敏化和前扣帶回皮質的活動加強與重塑相關[23-24]，最終外周和中樞的共同交互作用導致身體活動時膝關節疼痛加劇，導致功能障礙[25]。FLIPUS 可以抑制中樞疼痛敏化和前扣帶回皮質活動加強導致的慢性疼痛，并且可以調節長期慢性疼痛導致的前扣帶回皮質可塑性變化[20]。Hellman 等[26]的研究發現 FLIPUS 可抑制神經性疼痛模型中的復合動作電位和感覺動作電位，提高對機械疼痛的感覺閾值與降低熱敏感性，且重復治療可使得療效持續。Liao 等[27]應用 FLIPUS 激活正常大鼠脊髓通路，使得原癌基因蛋白 c-fos 和谷氨酸脫羧酶 65 抗體的表達增加，促進肌肉收縮和肌力發展，并產生鎮痛作用。另外，超聲波刺激股骨和脛骨骨贅及對傷害性刺激敏感的周圍神經末梢，降低致痛源 P 物質和降鈣素含量，從而有效抑制因外周疼痛敏感性增加而引起的難治性膝痛[28]。這表明 FLIPUS 可能適合治療臨床上 KOA 常伴有的難治性膝痛，通過中樞神經調控和對外周化學性疼痛的控制、肌肉強化這 2 個方面的同時作用，能降低局部痛覺敏感性和減少外周痛覺信號傳入，最終使得膝痛緩解。另一方面也有學者指出 FLIPUS 刺激大鼠丘腦區域后，大鼠從麻醉中蘇醒的時間顯著縮短[13]，這表明 FLIPUS 刺激中樞可能會誘發包括痛覺在內的感覺喚醒，這可能與 FLIPUS 的參數設置以及作用的皮質部位不同有關。
2.3 抑制炎癥
KOA 的病理進展與神經性炎癥刺激[29]和原發滑膜炎癥密切相關[18]，超聲波可以識別嚙齒動物模型[30]和人體[31]發炎或神經病變組織，并且產生治療效應，且 FLIPUS 對上述炎癥的控制都存在一定積極影響。FLIPUS 可以使組織中細胞膜產生瞬時滲透效應，增加血管的通透性[32]或調節神經炎癥[10]，可能的原因是 FLIPUS 的聲波震蕩產生傳遞的機械能，使得機械敏感的離子通道開放，從而產生物化學反應，但是最近也有學者認為 FLIPUS 的機械刺激可以增加細胞膜的張力，在蛋白質-脂質界面處成孔，從而增加膜的通透性，產生跨膜電流，調節炎癥相關的細胞轉導通路[8]。Wang 等[33]發現 FLIPUS 可調節 Toll 樣受體/核因子κB 通路，降低促炎細胞因子的表達與釋放，來抑制脂多糖誘導的炎癥反應。Wasliczuk 等[15]發現可以通過多次應用 FLIPUS 來刺激脂多糖誘導炎癥大鼠模型的迷走神經，降低血清內的重要促炎因子腫瘤壞死因子-α的水平，從而控制全身炎癥。Jia 等[18]研究表明，FLIPUS 單獨作用于 KOA 兔模型時可穩定降低膝關節積液量，使促炎介質前列腺素 E2 和損害軟骨的一氧化氮保持在較低水平，同時促進蛋白多糖和Ⅱ型膠原蛋白的產生來保護和修復軟骨。另外，超聲波可調節關節軟骨細胞中的 p38 絲裂原活化蛋白激酶通路，抑制關節軟骨退變，延緩骨關節炎進程[17]。值得注意的是，有研究指出聚焦式超聲波可使血腦屏障開放，同時使熱休克蛋白 70、白細胞介素-1、白細胞介素-18 和腫瘤壞死因子-α即刻升高，從而誘發無菌炎癥[34]，高強度超聲波的機械效應能夠激活巨噬細胞和炎癥介質，誘發硅膠注射后囊周的炎癥[35]，這提示 FLIPUS 治療時增大超聲波強度時可能需要謹慎，需控制在安全范圍。
3 FLIPUS 在 KOA 治療中的應用
3.1 超聲波的參數和位置的選擇
傳統超聲波的使用頻率為 1～1.5 MHz、聲強為 1～2.5 W/cm2，輸出能量方式為連續波[36-37]。而 KOA 的病灶部位較深，周圍有豐厚軟組織和髕骨遮擋，需選擇合適的超聲波參數保證足夠的超聲波能量作用到退變的關節軟骨。
3.1.1 超聲波頻率
超聲波的頻率越低，穿透能力越強，因此應用超聲波治療 KOA 時常選擇的治療參數為低頻率（<1 MHz）[38]。研究顯示 0.6 MHz 的超聲波可以更有效地改善軟骨營養[39]，促進軟骨細胞的修復與再生，明顯優于 1.0 MHz 和 1.5 MHz[18]。Jia 等[11]發現使用 0.6 MHz 的 FLIPUS 產生的機械效應可以使“按摩”關節軟骨細胞的效果達到最佳。后續 FLIPUS 治療 KOA 臨床療效的研究[40]均采用該頻率并取得良好效果，但有研究提高超聲波頻率（1.0 MHz）[41]亦改善了 KOA 患者的疼痛與功能障礙。參數的設置可能與不同廠家的儀器和治療模式的選擇不同有關，需要更多高質量的研究來探討。
3.1.2 超聲波強度
常用的脈沖超聲波可分為低強度超聲波（<3 W/cm2）和高強度超聲波（≥3 W/cm2），低強度超聲波根據劑量可進一步分為低劑量（<1 W/cm2）、中劑量（1～2 W/cm2）和高劑量（2～3 W/cm2）。臨床中應用超聲波治療時常選擇<1 W/cm2 的劑量[38]。FLIPUS 的強度上限值常使用美國食品藥品監督管理局為診斷超聲波設備所規定的最大焦點空間峰值強度 720 mW/cm2[14]。Jia 等[11]發現使用強度 120 mW/cm2、20%占空比的 FLIPUS 產生的機械效應能更好地達到“按摩”關節軟骨的效果，但有研究顯示降低強度（40 mW/cm2）[40-41]亦可改善 KOA 的疼痛與功能障礙，且值得注意的是，有臨床前研究認為，不同年齡大鼠中分離的骨髓間充質干細胞的成骨潛能受到 FLIPUS 強度的影響不同[42]，表明參數的設置可能需要根據患者年齡來優化，最優的 FLIPUS 參數仍值得多中心高質量的研究來探討。
3.1.3 超聲波治療部位
內外側膝眼（髕韌帶內側凹陷與外側凹陷處）常用于治療膝關節疼痛和膝關節相關疾病[43-45]。另外，膝關節內側間隙和外側間隙提供了足夠的聲道，使超聲波能量能夠轉移到關節內退變軟骨的表面，也是常用位置[11]。目前大部分臨床研究均將 FLIPUS 的 4 個探頭置于上述 4 個位置[11, 40-41, 46]。
3.2 FLIPUS 治療 KOA 的臨床研究
3.2.1 緩解疼痛和僵硬
Jia 等[11]運用 FLIPUS+雙氯芬酸鈉藥物聯合治療 KOA 患者，對比治療前后的視覺模擬評分法評分、西安大略和麥克馬斯特大學骨關節炎指數（Western Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index，WOMAC）評分、Lequesne 指數評分，結果顯示與對照組（假 FLIPUS+雙氯芬酸鈉）相比，試驗組在第 10 天時以上評分明顯下降，且視覺模擬評分法評分和 Lequesne 指數評分在 12 周后仍低于基線水平，說明了 FLIPUS 緩解 KOA 疼痛和腫脹的有效性和持續性。譚顯春等[41]也對 KOA 患者進行了類似的研究，聯合治療組患者的視覺模擬評分法評分、Lequesne 指數評分、Lysholm 膝關節功能評分下降更明顯。王枰稀等[46]采用同樣方法治療早中期 KOA 患者，通過日本 KOA 功能評估量表、牛津大學膝關節評分進行評價，也證明 FLIPUS 可有效緩解疼痛和腫脹。殷娜等[40]采用 FLIPUS 聯合等速肌力訓練治療 KOA 患者也獲得類似結論。岳恒等[47]采用 FLIPUS 和低強度脈沖超聲波分別治療輕度創傷性 KOA 患者，通過視覺模擬評分法評分和 WOMAC 評分進行評價，結果顯示 FLIPUS 組比低強度脈沖超聲波組疼痛改善效果更明顯。同樣地，FLIPUS 與普通超聲波療法干預創傷性 KOA[48]或 FLIPUS 與超短波干預老年性 KOA 的療效對比研究[49]也獲得類似的結論。Jia 等[19]首次運用 FLIPUS 和脈沖短波透熱療法分別治療 KOA 患者，通過數字評價量表和 WOMAC 評分進行評價，結果顯示 FLIPUS 在短期內緩解 KOA 疼痛明顯優于脈沖短波透熱療法。因此，FLIPUS 的聯合治療或單獨運用對改善 KOA 疼痛、腫脹均有較好療效。
3.2.2 改善關節活動度
Jia 等[11]的研究顯示，雖然干預 10 d 后 2 組的膝關節活動范圍無差異，但試驗組總平均活動范圍增量大于對照組，且試驗組 WOMAC 評分（僵硬部分）下降更明顯，說明 FLIPUS 可有效改善 KOA 患者的關節活動度。譚顯春等[41]通過對比 2 組患者治療前后 Lequesne 指數評分（晨僵部分）和王枰稀等[46]通過對比 2 組患者日本 KOA 功能評估量表評分（僵硬部分）也得出相似結論。之后，FLIPUS 和脈沖短波透熱療法對 KOA 療效的對比治療研究比較了 2 組患者的主動關節活動范圍，發現 FLIPUS 可更好地改善關節活動度[19]。柳學勇等[48]進行了 FLIPUS 與普通超聲波治療創傷性 KOA 的療效對比，通過分析 2 組患者的美國特種外科醫院膝關節評分系統（活動度部分），得出類似結論。然而，目前對于 FLIPUS 改善 KOA 活動度的研究較少，大多通過量表中的子量表或者僵硬程度的改善來側面反映關節活動度的改善。
3.2.3 改善步行功能
Jia 等[11]發現與對照組相比，試驗組的步行速度改善更明顯，且試驗組 WOMAC 評分下降更明顯，提示 FLIPUS 可明顯改善步行功能。王枰稀等[46]的研究顯示，試驗組 Lequesne 指數評分、Lysholm 膝關節功能評分下降更明顯。殷娜等[40]分析了 2 組患者的與膝關節位置覺、運動覺有關的指標即主動角度重現測量值和被動運動閾值測量值，結果顯示治療后試驗組主動角度重現測量值下降更多，提示 FLIPUS 聯合等速肌力組可更好地促進本體感覺恢復，從而改善平衡和步行功能等。在 FLIPUS 和脈沖短波透熱療法的對比研究中，試驗組的“起立-行走”計時測試改善也更明顯[19]。FLIPUS 與低強度脈沖超聲波的對比研究[47]、與超短波的對比研究[49]也得到類似結論。柳學勇等[48]比較了 2 組患者的美國特種外科醫院膝關節評分，發現 FLIPUS 可更好地改善步行功能。目前對于步行功能的研究，大多從肌力、步行距離、步行速度、平衡功能、本體感覺等方面改善來改善步行功能。
3.2.4 改善生活質量
Jia 等[11]、殷娜等[40]、譚顯春等[41]的研究分析了治療前后 2 組患者的健康調查量表 36 得分（一種生活質量調查量表），結果顯示治療后試驗組的生活質量評分高于對照組，提示 FLIPUS 可明顯改善 KOA 患者的生活質量。王枰稀等[46]分析了 2 組患者的日本 KOA 功能評估量表中的子量表即日常生活狀態、日常活動狀態、精神健康評分，結果顯示試驗組 3 個子量表改善更明顯，提示 FLIPUS 可更好地改善 KOA 患者的情緒和日常生活狀態。FLIPUS 與超短波的對比治療顯示，FLIPUS 治療組的漢密爾頓抑郁量表評分下降更明顯，提示 FLIPUS 可更好地調節患者的焦慮、抑郁情緒[49]。
4 小結與展望
總之，目前研究已證實 FLIPUS 是治療 KOA 的一種有效且安全的手段，能夠促進組織再生、緩解疼痛和抑制炎癥。FLIPUS 能更精準地將機械能作用于損傷區域，最大化利用其機械效應和非損傷性空化效應以達到最佳的臨床治療效果，相關的臨床研究證實了 FLIPUS 能改善 KOA 引起的膝關節疼痛、腫脹、僵硬和步行功能障礙。然而，FLIPUS 治療 KOA 仍處于探索階段，許多臨床試驗只是療效觀察，確切的生理作用機制尚未明確，而且不同組織和不同部位對 FLIPUS 刺激后產生的反應具有異質性，因此 FLIPUS 針對性地作用于 KOA 各病變組織如關節滑膜、軟骨以及關節周圍本體感受器的體外和體內研究值得進一步完善，例如目前尚不清楚 FLIPUS 在促進軟骨和骨缺損修復中涉及的信號通路之間有無交互關系，更深入地研究 FLIPUS 作用于 KOA 模型的具體生理機制將有利于提高其在 KOA 中的有效性和安全性。同時，臨床研究也需要多中心和高質量的證據來規范 FLIPUS 治療 KOA 的安全參數范圍，FLIPUS 聯合或對比其他物理因子方式治療 KOA 方案的療效研究也值得在臨床上開展，為 KOA 綜合治療的臨床應用提供新思路。此外，FLIPUS 具有足夠的便攜性和安全性來作為 KOA 老年人居家康復的手段，FLIPUS 的居家物理治療方案的可行性、有效性和依從性有必要進一步探究。盡管機制復雜，但 FLIPUS 用于治療 KOA 仍是未來研究的方向之一。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。
膝骨關節炎（knee osteoarthritis，KOA）作為退行性骨性關節炎中最常見的一種，主要由于多種生物、化學和機械因素共同作用而引起關節軟骨的損傷和丟失[1]，導致不同程度的疼痛、關節活動受限和步行功能障礙，嚴重影響患者的生活質量和心理健康[2]。目前臨床治療 KOA 的目的是減輕疼痛、控制并發癥、延緩疾病進展和改善功能，主要通過藥物、非藥物治療以及手術治療來實現[3]。超聲波是常用于治療 KOA 的非藥物療法之一，可以改善 KOA 患者的疼痛、肌肉力量、功能障礙和生活質量[4]，但傳統超聲波治療的臨床療效尚不確切，原因可能是超聲波無法集中到病變部位導致治療劑量不足[5]；而聚焦式低強度脈沖超聲波（focused low-intensity pulsed ultrasound，FLIPUS）被認為能夠解決該問題，FLIPUS 是指強度為低于 3.0 W/cm2 的聚焦式超聲波[6]，可將超聲波束聚焦在目標區域，具有照射部位可控、穿透力強、能量衰減低等優點[7]。近年的研究對 FLIPUS 的物理學特性及其分子生物學機制進行了廣泛深入的探討，發現 FLIPUS 可以激活一系列細胞信號轉導通路和誘發生物學效應[7]，達到促進軟骨細胞再生[8]、緩解疼痛[9]和炎癥抑制[10]的目的。因此，FLIPUS 作為一種無創且有效的物理治療方法，在骨科、神經外科、泌尿外科和康復醫學科等臨床專科中的應用越來越廣泛，目前越來越多的學者應用 FLIPUS 治療 KOA，并取得一定療效[11]。本文主要就 FLIPUS 在 KOA 治療中的應用進展作一綜述。
1 FLIPUS 的發展歷史
早在 2008 年和 2011 年，就有學者發現 FLIPUS 能作用于神經調節，能夠可逆地調節特定區域的腦功能，且不會引發組織損傷[12-13]，是一種十分安全有效的物理治療手段，從此掀起研究 FLIPUS 的熱潮。近幾年，FLIPUS 的應用范圍有所擴展，包括組織再生與修復、骨骼肌肉疼痛、精神心理疾病和外泌體遞送在內的各種領域[14-15]，目前已有研究顯示 FLIPUS 可以修復與骨、軟骨和滑膜等關節病理相關的損傷，能有效控制疼痛[16-18]，因此，2016 年 Jia 等[11]在臨床上應用 FLIPUS 來治療 KOA 患者，并發現 FLIPUS 能有效改善 KOA 患者關節退化、機械性和化學性疼痛和功能活動障礙的問題。在 2022 年，該團隊進行了 FLIPUS 與脈沖短波透熱療法治療 KOA 的療效對比研究，發現 FLIPUS 療效優于脈沖短波透熱療法[19]。
2 FLIPUS 治療 KOA 的機制
FLIPUS 治療 KOA 主要以機械效應與空化效應為主發揮治療作用，但其作用后產生的具體生理機制十分復雜，目前仍然不明確，越來越多的證據表明可能與組織再生、疼痛緩解與抑制炎癥等有密切聯系。
2.1 組織再生
臨床前研究已經證實 FLIPUS 以無創的方式通過軟組織傳遞到目標區域，將機械信號轉化為生物學信號，參與了神經[20]和肌腱[5]的修復與再生過程。例如，在坐骨神經切斷損傷的大鼠模型中，FLIPUS 通過促進血管生成和神經營養因子相關基因高表達，從而加速坐骨神經再生和功能恢復[8, 21]。FLIPUS 也可以減少骨不連的愈合時間，以時間依賴的方式促進骨再生[16]， 而且結合多孔支架對骨再生能發揮更積極的影響，例如 FLIPUS 可加速和優化兔下頜骨多孔碳化硅支架的成骨效果，且植入物周圍骨再生效應強于低強度準直脈沖超聲波[7]。KOA 的發病機制之一是機械損耗和生物機能下降的共同作用導致關節軟骨退行性改變[11]，使得軟骨細胞被破壞，軟骨細胞凋亡率增高。研究顯示，FLIPUS 的機械負荷會傳遞到軟骨細胞處，從而激活軟骨細胞內相關生化反應，最終可促進軟骨細胞增殖，減少軟骨細胞的凋亡，增加細胞外基質產生，從而延緩軟骨退變[9]。Song 等[16]在關節軟骨缺損模型中用 100～600 mW/cm2、20 min/d 的 FLIPUS 聯合脂肪干細胞治療 4 周后，透明軟骨細胞數目明顯增加，纖維軟骨幾乎沒有產生，表明對軟骨細胞進行 FLIPUS 體外刺激可促進透明軟骨增殖，能更好地修復關節，這為臨床使用組織工程軟骨修復 KOA 提供了新思路。Puts 等[22]發現 FLIPUS 能增加 Hippo 信號通路的核效應器 Yes 相關蛋白的活性，將 FLIPUS 的機械信號轉入細胞核，增加促增殖基因的轉錄，最終促進小鼠成肌細胞（C2C12）細胞株的增殖與成肌分化，說明 FLIPUS 可促進骨骼肌修復與再生，緩解長期 KOA 伴有的骨骼肌損傷和無菌性炎癥等問題，但確切的機制與療效仍需要體內試驗與臨床試驗進一步探究。
2.2 疼痛緩解
KOA 的疼痛可能由多種情況引起，其中 KOA 的機械疼痛、外周痛覺敏化以及隨后的中樞疼痛敏化和前扣帶回皮質的活動加強與重塑相關[23-24]，最終外周和中樞的共同交互作用導致身體活動時膝關節疼痛加劇，導致功能障礙[25]。FLIPUS 可以抑制中樞疼痛敏化和前扣帶回皮質活動加強導致的慢性疼痛，并且可以調節長期慢性疼痛導致的前扣帶回皮質可塑性變化[20]。Hellman 等[26]的研究發現 FLIPUS 可抑制神經性疼痛模型中的復合動作電位和感覺動作電位，提高對機械疼痛的感覺閾值與降低熱敏感性，且重復治療可使得療效持續。Liao 等[27]應用 FLIPUS 激活正常大鼠脊髓通路，使得原癌基因蛋白 c-fos 和谷氨酸脫羧酶 65 抗體的表達增加，促進肌肉收縮和肌力發展，并產生鎮痛作用。另外，超聲波刺激股骨和脛骨骨贅及對傷害性刺激敏感的周圍神經末梢，降低致痛源 P 物質和降鈣素含量，從而有效抑制因外周疼痛敏感性增加而引起的難治性膝痛[28]。這表明 FLIPUS 可能適合治療臨床上 KOA 常伴有的難治性膝痛，通過中樞神經調控和對外周化學性疼痛的控制、肌肉強化這 2 個方面的同時作用，能降低局部痛覺敏感性和減少外周痛覺信號傳入，最終使得膝痛緩解。另一方面也有學者指出 FLIPUS 刺激大鼠丘腦區域后，大鼠從麻醉中蘇醒的時間顯著縮短[13]，這表明 FLIPUS 刺激中樞可能會誘發包括痛覺在內的感覺喚醒，這可能與 FLIPUS 的參數設置以及作用的皮質部位不同有關。
2.3 抑制炎癥
KOA 的病理進展與神經性炎癥刺激[29]和原發滑膜炎癥密切相關[18]，超聲波可以識別嚙齒動物模型[30]和人體[31]發炎或神經病變組織，并且產生治療效應，且 FLIPUS 對上述炎癥的控制都存在一定積極影響。FLIPUS 可以使組織中細胞膜產生瞬時滲透效應，增加血管的通透性[32]或調節神經炎癥[10]，可能的原因是 FLIPUS 的聲波震蕩產生傳遞的機械能，使得機械敏感的離子通道開放，從而產生物化學反應，但是最近也有學者認為 FLIPUS 的機械刺激可以增加細胞膜的張力，在蛋白質-脂質界面處成孔，從而增加膜的通透性，產生跨膜電流，調節炎癥相關的細胞轉導通路[8]。Wang 等[33]發現 FLIPUS 可調節 Toll 樣受體/核因子κB 通路，降低促炎細胞因子的表達與釋放，來抑制脂多糖誘導的炎癥反應。Wasliczuk 等[15]發現可以通過多次應用 FLIPUS 來刺激脂多糖誘導炎癥大鼠模型的迷走神經，降低血清內的重要促炎因子腫瘤壞死因子-α的水平，從而控制全身炎癥。Jia 等[18]研究表明，FLIPUS 單獨作用于 KOA 兔模型時可穩定降低膝關節積液量，使促炎介質前列腺素 E2 和損害軟骨的一氧化氮保持在較低水平，同時促進蛋白多糖和Ⅱ型膠原蛋白的產生來保護和修復軟骨。另外，超聲波可調節關節軟骨細胞中的 p38 絲裂原活化蛋白激酶通路，抑制關節軟骨退變，延緩骨關節炎進程[17]。值得注意的是，有研究指出聚焦式超聲波可使血腦屏障開放，同時使熱休克蛋白 70、白細胞介素-1、白細胞介素-18 和腫瘤壞死因子-α即刻升高，從而誘發無菌炎癥[34]，高強度超聲波的機械效應能夠激活巨噬細胞和炎癥介質，誘發硅膠注射后囊周的炎癥[35]，這提示 FLIPUS 治療時增大超聲波強度時可能需要謹慎，需控制在安全范圍。
3 FLIPUS 在 KOA 治療中的應用
3.1 超聲波的參數和位置的選擇
傳統超聲波的使用頻率為 1～1.5 MHz、聲強為 1～2.5 W/cm2，輸出能量方式為連續波[36-37]。而 KOA 的病灶部位較深，周圍有豐厚軟組織和髕骨遮擋，需選擇合適的超聲波參數保證足夠的超聲波能量作用到退變的關節軟骨。
3.1.1 超聲波頻率
超聲波的頻率越低，穿透能力越強，因此應用超聲波治療 KOA 時常選擇的治療參數為低頻率（<1 MHz）[38]。研究顯示 0.6 MHz 的超聲波可以更有效地改善軟骨營養[39]，促進軟骨細胞的修復與再生，明顯優于 1.0 MHz 和 1.5 MHz[18]。Jia 等[11]發現使用 0.6 MHz 的 FLIPUS 產生的機械效應可以使“按摩”關節軟骨細胞的效果達到最佳。后續 FLIPUS 治療 KOA 臨床療效的研究[40]均采用該頻率并取得良好效果，但有研究提高超聲波頻率（1.0 MHz）[41]亦改善了 KOA 患者的疼痛與功能障礙。參數的設置可能與不同廠家的儀器和治療模式的選擇不同有關，需要更多高質量的研究來探討。
3.1.2 超聲波強度
常用的脈沖超聲波可分為低強度超聲波（<3 W/cm2）和高強度超聲波（≥3 W/cm2），低強度超聲波根據劑量可進一步分為低劑量（<1 W/cm2）、中劑量（1～2 W/cm2）和高劑量（2～3 W/cm2）。臨床中應用超聲波治療時常選擇<1 W/cm2 的劑量[38]。FLIPUS 的強度上限值常使用美國食品藥品監督管理局為診斷超聲波設備所規定的最大焦點空間峰值強度 720 mW/cm2[14]。Jia 等[11]發現使用強度 120 mW/cm2、20%占空比的 FLIPUS 產生的機械效應能更好地達到“按摩”關節軟骨的效果，但有研究顯示降低強度（40 mW/cm2）[40-41]亦可改善 KOA 的疼痛與功能障礙，且值得注意的是，有臨床前研究認為，不同年齡大鼠中分離的骨髓間充質干細胞的成骨潛能受到 FLIPUS 強度的影響不同[42]，表明參數的設置可能需要根據患者年齡來優化，最優的 FLIPUS 參數仍值得多中心高質量的研究來探討。
3.1.3 超聲波治療部位
內外側膝眼（髕韌帶內側凹陷與外側凹陷處）常用于治療膝關節疼痛和膝關節相關疾病[43-45]。另外，膝關節內側間隙和外側間隙提供了足夠的聲道，使超聲波能量能夠轉移到關節內退變軟骨的表面，也是常用位置[11]。目前大部分臨床研究均將 FLIPUS 的 4 個探頭置于上述 4 個位置[11, 40-41, 46]。
3.2 FLIPUS 治療 KOA 的臨床研究
3.2.1 緩解疼痛和僵硬
Jia 等[11]運用 FLIPUS+雙氯芬酸鈉藥物聯合治療 KOA 患者，對比治療前后的視覺模擬評分法評分、西安大略和麥克馬斯特大學骨關節炎指數（Western Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index，WOMAC）評分、Lequesne 指數評分，結果顯示與對照組（假 FLIPUS+雙氯芬酸鈉）相比，試驗組在第 10 天時以上評分明顯下降，且視覺模擬評分法評分和 Lequesne 指數評分在 12 周后仍低于基線水平，說明了 FLIPUS 緩解 KOA 疼痛和腫脹的有效性和持續性。譚顯春等[41]也對 KOA 患者進行了類似的研究，聯合治療組患者的視覺模擬評分法評分、Lequesne 指數評分、Lysholm 膝關節功能評分下降更明顯。王枰稀等[46]采用同樣方法治療早中期 KOA 患者，通過日本 KOA 功能評估量表、牛津大學膝關節評分進行評價，也證明 FLIPUS 可有效緩解疼痛和腫脹。殷娜等[40]采用 FLIPUS 聯合等速肌力訓練治療 KOA 患者也獲得類似結論。岳恒等[47]采用 FLIPUS 和低強度脈沖超聲波分別治療輕度創傷性 KOA 患者，通過視覺模擬評分法評分和 WOMAC 評分進行評價，結果顯示 FLIPUS 組比低強度脈沖超聲波組疼痛改善效果更明顯。同樣地，FLIPUS 與普通超聲波療法干預創傷性 KOA[48]或 FLIPUS 與超短波干預老年性 KOA 的療效對比研究[49]也獲得類似的結論。Jia 等[19]首次運用 FLIPUS 和脈沖短波透熱療法分別治療 KOA 患者，通過數字評價量表和 WOMAC 評分進行評價，結果顯示 FLIPUS 在短期內緩解 KOA 疼痛明顯優于脈沖短波透熱療法。因此，FLIPUS 的聯合治療或單獨運用對改善 KOA 疼痛、腫脹均有較好療效。
3.2.2 改善關節活動度
Jia 等[11]的研究顯示，雖然干預 10 d 后 2 組的膝關節活動范圍無差異，但試驗組總平均活動范圍增量大于對照組，且試驗組 WOMAC 評分（僵硬部分）下降更明顯，說明 FLIPUS 可有效改善 KOA 患者的關節活動度。譚顯春等[41]通過對比 2 組患者治療前后 Lequesne 指數評分（晨僵部分）和王枰稀等[46]通過對比 2 組患者日本 KOA 功能評估量表評分（僵硬部分）也得出相似結論。之后，FLIPUS 和脈沖短波透熱療法對 KOA 療效的對比治療研究比較了 2 組患者的主動關節活動范圍，發現 FLIPUS 可更好地改善關節活動度[19]。柳學勇等[48]進行了 FLIPUS 與普通超聲波治療創傷性 KOA 的療效對比，通過分析 2 組患者的美國特種外科醫院膝關節評分系統（活動度部分），得出類似結論。然而，目前對于 FLIPUS 改善 KOA 活動度的研究較少，大多通過量表中的子量表或者僵硬程度的改善來側面反映關節活動度的改善。
3.2.3 改善步行功能
Jia 等[11]發現與對照組相比，試驗組的步行速度改善更明顯，且試驗組 WOMAC 評分下降更明顯，提示 FLIPUS 可明顯改善步行功能。王枰稀等[46]的研究顯示，試驗組 Lequesne 指數評分、Lysholm 膝關節功能評分下降更明顯。殷娜等[40]分析了 2 組患者的與膝關節位置覺、運動覺有關的指標即主動角度重現測量值和被動運動閾值測量值，結果顯示治療后試驗組主動角度重現測量值下降更多，提示 FLIPUS 聯合等速肌力組可更好地促進本體感覺恢復，從而改善平衡和步行功能等。在 FLIPUS 和脈沖短波透熱療法的對比研究中，試驗組的“起立-行走”計時測試改善也更明顯[19]。FLIPUS 與低強度脈沖超聲波的對比研究[47]、與超短波的對比研究[49]也得到類似結論。柳學勇等[48]比較了 2 組患者的美國特種外科醫院膝關節評分，發現 FLIPUS 可更好地改善步行功能。目前對于步行功能的研究，大多從肌力、步行距離、步行速度、平衡功能、本體感覺等方面改善來改善步行功能。
3.2.4 改善生活質量
Jia 等[11]、殷娜等[40]、譚顯春等[41]的研究分析了治療前后 2 組患者的健康調查量表 36 得分（一種生活質量調查量表），結果顯示治療后試驗組的生活質量評分高于對照組，提示 FLIPUS 可明顯改善 KOA 患者的生活質量。王枰稀等[46]分析了 2 組患者的日本 KOA 功能評估量表中的子量表即日常生活狀態、日常活動狀態、精神健康評分，結果顯示試驗組 3 個子量表改善更明顯，提示 FLIPUS 可更好地改善 KOA 患者的情緒和日常生活狀態。FLIPUS 與超短波的對比治療顯示，FLIPUS 治療組的漢密爾頓抑郁量表評分下降更明顯，提示 FLIPUS 可更好地調節患者的焦慮、抑郁情緒[49]。
4 小結與展望
總之，目前研究已證實 FLIPUS 是治療 KOA 的一種有效且安全的手段，能夠促進組織再生、緩解疼痛和抑制炎癥。FLIPUS 能更精準地將機械能作用于損傷區域，最大化利用其機械效應和非損傷性空化效應以達到最佳的臨床治療效果，相關的臨床研究證實了 FLIPUS 能改善 KOA 引起的膝關節疼痛、腫脹、僵硬和步行功能障礙。然而，FLIPUS 治療 KOA 仍處于探索階段，許多臨床試驗只是療效觀察，確切的生理作用機制尚未明確，而且不同組織和不同部位對 FLIPUS 刺激后產生的反應具有異質性，因此 FLIPUS 針對性地作用于 KOA 各病變組織如關節滑膜、軟骨以及關節周圍本體感受器的體外和體內研究值得進一步完善，例如目前尚不清楚 FLIPUS 在促進軟骨和骨缺損修復中涉及的信號通路之間有無交互關系，更深入地研究 FLIPUS 作用于 KOA 模型的具體生理機制將有利于提高其在 KOA 中的有效性和安全性。同時，臨床研究也需要多中心和高質量的證據來規范 FLIPUS 治療 KOA 的安全參數范圍，FLIPUS 聯合或對比其他物理因子方式治療 KOA 方案的療效研究也值得在臨床上開展，為 KOA 綜合治療的臨床應用提供新思路。此外，FLIPUS 具有足夠的便攜性和安全性來作為 KOA 老年人居家康復的手段，FLIPUS 的居家物理治療方案的可行性、有效性和依從性有必要進一步探究。盡管機制復雜，但 FLIPUS 用于治療 KOA 仍是未來研究的方向之一。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。