微泡造影劑用于高強(qiáng)度聚焦超聲治療子宮肌瘤研究進(jìn)展

寸江平，趙 衛(wèi)，范宏杰，謝璇丞，姜永能

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，云南 昆明 650032)

高強(qiáng)度聚焦超聲(high intensity focused ultrasound， HIFU)是一種非侵入性腫瘤治療技術(shù),其原理是將超聲波聚焦在靶區(qū)內(nèi)，通過超聲的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)，使病變組織發(fā)生不可逆變性、壞死，進(jìn)而被機(jī)體逐漸吸收，達(dá)到治療目的。HIFU消融子宮肌瘤取得了顯著成效，其可行性和安全性已被大量臨床研究[1-4]所證實。然而，HIFU對于一些特殊類型的子宮肌瘤仍然存在有效率低、并發(fā)癥多等缺點(diǎn)，亟需更精準(zhǔn)和更高效的治療手段來增強(qiáng)消融效果。超聲微泡造影劑在病灶識別、HIFU消融效果評估和增效方面不斷發(fā)展，使HIFU消融肌瘤的效果顯著提高。本文對微泡造影劑用于HIFU治療子宮肌瘤的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 超聲微泡造影劑的發(fā)展

超聲微泡造影劑已問世50余年，經(jīng)過不斷的發(fā)展，在超聲診斷及治療領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。早在1968年，Shah等[5]發(fā)現(xiàn)快速心內(nèi)注射生理鹽水可在主動脈血流內(nèi)發(fā)現(xiàn)“云霧狀”強(qiáng)回聲，這便是超聲微泡造影劑的起源。1972年Ziskin等[6]發(fā)現(xiàn)快速注射生理鹽水時的氣泡可產(chǎn)生造影效果，然而由于空氣在血液中的高溶解度，這種原位產(chǎn)生的微泡可在數(shù)秒鐘內(nèi)溶解，其穩(wěn)定性差，循環(huán)時間短，且不能通過肺循環(huán)，僅能實現(xiàn)右心成像。經(jīng)過改進(jìn)的第二代超聲微泡造影劑為包裹高密度的惰性氣體，其表面以磷脂、白蛋白或聚合物包封，平均直徑小于8 μm，可通過肺循環(huán)到達(dá)各器官，提高了穩(wěn)定性，最終微泡以氣體形式被呼出，其表面物質(zhì)在肝臟中被代謝。此后各種組合物如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、聚合物等被合成作為微泡殼的材料，微泡內(nèi)部核心包括空氣(Albunex)、六氟化硫(SonoVue，意大利)或全氟化碳(Definity，美國)。以SonoVue為代表的第三代微泡超聲造影劑的穩(wěn)定性明顯提高，在血液中的滯留時間延長，并能更好地顯示微小毛細(xì)血管床和動態(tài)監(jiān)測組織灌注情況。近年來，研究[7-8]表明，納米技術(shù)靶向修飾的微泡造影劑可在分子水平定向識別靶組織，在靶組織內(nèi)滯留時間更長，可提高對疾病的識別及診斷能力；還可攜帶靶向藥物進(jìn)行局部治療，提高藥物局部濃度，降低全身不良反應(yīng)。目前該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究[9-10]較多，而臨床應(yīng)用[11]較少。超聲微泡造影劑作為一種高聲阻抗物質(zhì)隨血液進(jìn)入子宮肌瘤內(nèi)，可進(jìn)一步增強(qiáng)HIFU治療的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)及生物化學(xué)效應(yīng)，從而提高HIFU對病變組織的毀損效果。

2 微泡造影劑聯(lián)合HIFU治療子宮肌瘤的原理

2.1 增強(qiáng)熱效應(yīng) 作為一種臨床應(yīng)用最廣泛的超聲造影劑，微泡具備良好的超聲反射能力，通過血液循環(huán)進(jìn)入生物組織時，可提高組織的聲阻抗，從而促進(jìn)HIFU在靶組織內(nèi)的能量沉積，增強(qiáng)HIFU的熱效應(yīng)。超聲微泡在高聲壓下產(chǎn)生非線性振蕩，可發(fā)出更高頻率的超聲波，后者可被組織轉(zhuǎn)化為熱量破壞腫瘤細(xì)胞，因此微泡可作為HIFU消融子宮肌瘤的重要增效劑[12]。超聲微泡內(nèi)部的氣體可提高子宮肌瘤組織內(nèi)的聲阻抗，增強(qiáng)目標(biāo)區(qū)域超聲波的散射和反射率，進(jìn)而提高HIFU消融的能量沉積效率。Moyer等[13]在HIFU消融小鼠正常肝組織期間通過MR測溫法分析微泡組和空白組靶區(qū)的溫度變化，結(jié)果顯示微泡組目標(biāo)區(qū)域及近端表面的溫度較空白組高，提示微泡可以產(chǎn)生更強(qiáng)的熱傳遞。

2.2 增強(qiáng)空化效應(yīng) 微泡和超聲波的相互作用主要取決于超聲波的振幅。低聲壓下，超聲微泡表現(xiàn)為收縮和膨脹交替出現(xiàn)，稱為穩(wěn)定的空化現(xiàn)象。穩(wěn)定振蕩的氣泡可有效散射超聲波，更清晰地顯示掃描野內(nèi)的微小病變，從而提高陽性病灶的檢出率。在較高的聲壓下，進(jìn)入超聲波束的微泡發(fā)生快速振蕩和劇烈坍塌，導(dǎo)致氣泡破壞和碎裂，使微泡周圍組織產(chǎn)生微流動現(xiàn)象；同時，坍塌氣泡周圍的液體噴射和超聲沖擊波的產(chǎn)生可使相鄰細(xì)胞的細(xì)胞膜破裂，而微流剪切應(yīng)力增強(qiáng)可使毛細(xì)血管壁破裂或小動脈閉塞，導(dǎo)致肌瘤組織缺血、壞死，進(jìn)而增強(qiáng)靶區(qū)的熱能沉積[14]。此外，靜脈注射微泡造影劑可以降低目標(biāo)區(qū)域的空化閾值，并增強(qiáng)HIFU治療期間靶組織的空化活性。Luo等[15]研究表明，在HIFU治療前以六氟化硫微泡預(yù)處理兔肝臟， HIFU消融后壞死體積大于以鹽水預(yù)處理的兔肝臟，進(jìn)一步證實了微泡可以增強(qiáng)病灶的空化效應(yīng)，使靶區(qū)細(xì)胞壞死更廣泛。

2.3 微泡的生物化學(xué)效應(yīng) HIFU的空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)所產(chǎn)生的細(xì)胞碎片有利于激活全身抗腫瘤免疫反應(yīng)。在非熱效應(yīng)中，微泡的機(jī)械振動引起肌瘤組織崩解，使腫瘤組織抗原擴(kuò)增，進(jìn)而增強(qiáng)機(jī)體的抗腫瘤免疫監(jiān)視，即免疫調(diào)節(jié)現(xiàn)象[16]。Yao等[12]通過免疫組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn)，利用SonoVue微泡可明顯降低增殖細(xì)胞核抗原的陽性指數(shù)，證實HIFU聯(lián)合微泡有助于抑制腫瘤細(xì)胞增殖。Zhou等[17]發(fā)現(xiàn)HIFU治療后免疫抑制細(xì)胞因子明顯減少，提示HIFU治療可以改善宿主的抗癌免疫反應(yīng)。除熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)及空化效應(yīng)外，有研究[18]表明HIFU治療子宮肌瘤所致組織創(chuàng)傷更小、應(yīng)激反應(yīng)更低，可降低對機(jī)體免疫功能的影響，從而減少術(shù)后并發(fā)癥。

微泡的上述作用和HIFU技術(shù)本身無創(chuàng)、適型、精準(zhǔn)消融的特點(diǎn)，將使其在治療子宮肌瘤中的應(yīng)用更加廣泛。

3 微泡造影劑聯(lián)合HIFU治療子宮肌瘤的臨床應(yīng)用

3.1 術(shù)前評估 HIFU治療是在實時超聲監(jiān)控下完成的，術(shù)前行超聲微泡造影可提高對病變組織的辨識度，還可定量評估子宮肌瘤的血液灌注情況。此外，將CEUS的動態(tài)圖像傳輸至專用造影分析軟件，可定量分析子宮肌瘤造影后回聲強(qiáng)度隨時間的變化曲線，并計算出超聲微泡在肌瘤內(nèi)的上升時間、平均渡越時間、達(dá)峰時間、廓清時間、峰值強(qiáng)度以及時間-強(qiáng)度曲線下面積；綜合上述定量信息可較為直觀地評價肌瘤與周圍組織間的血流灌注差異，利于術(shù)前評估以及根據(jù)微泡造影劑在不同類型子宮肌瘤與周圍組織中的動態(tài)強(qiáng)化特征來設(shè)計不同的HIFU增效方案[19-20]。

3.2 提高療效 在HIFU治療過程中通過引入微泡造影劑可增加治療區(qū)域的空化核數(shù)量，使肌瘤與周圍組織的聲阻抗顯著不匹配，提高靶區(qū)超聲波的散射和反射率，進(jìn)而提升HIFU治療子宮肌瘤的效果。Chen等[21]將120例單發(fā)子宮肌瘤患者隨機(jī)分為治療組(60例)和對照組(60例)，治療組患者于HIFU消融時經(jīng)靜脈推注SonoVue，對照組推注生理鹽水，結(jié)果顯示治療組的治療時間及超聲輻照時間均明顯縮短，且其病灶灰度變化率(55.9%)和非灌注體積比[(94.2±10.6)%]均較對照組升高[11.8%，(72.8±25.4)%]。Peng等[22]回顧性分析2個中心共291例孤立性子宮肌瘤患者的臨床資料，其中129接受單純HIFU治療，162例接受SonoVue聯(lián)合HIFU治療，比較兩組患者的治療參數(shù)，發(fā)現(xiàn)SonoVue聯(lián)合HIFU組平均消融率為86.0%，單純HIFU組為83.0%，SonoVue聯(lián)合HIFU組超聲灰度變化率更高(78.4% vs 66.7%)，且相同超聲輻照時間下，SonoVue聯(lián)合HIFU組在更短時間內(nèi)出現(xiàn)灰度變化。有研究[23]將子宮肌瘤分為MR T2WI低信號、等信號、高信號組，HIFU術(shù)中均采用SonoVue微泡進(jìn)行消融治療，其治療時間分別為(102.12±54.45)min、(153.86±66.04)min及(141.50士69.56)min，結(jié)果顯示SonoVue微泡可縮短治療時間，提高因子能效，且對于T2WI低信號組的增效作用更顯著。以上研究均表明微泡造影劑聯(lián)合HIFU消融能顯著增強(qiáng)子宮肌瘤的消融效果，且無嚴(yán)重不良反應(yīng)。

3.3 術(shù)后評價 臨床工作中通常用治療區(qū)的灰度變化來評估肌瘤組織是否發(fā)生凝固性壞死，然而有約20%的肌瘤并不存在灰度變化[24]。微泡造影劑可作為子宮肌瘤消融術(shù)后評估療效的選擇之一。有學(xué)者[25-26]將術(shù)后增強(qiáng)磁共振(contrast-enhanced MR, CE-MR)所示非灌注區(qū)域體積與術(shù)后即刻CEUS所示非灌注體積進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)微泡造影劑能清楚顯示肌瘤和非灌注區(qū)的大小，且與術(shù)后CE-MRI測得的結(jié)果相關(guān)。值得注意的是，微泡造影劑相對于CE-MRI實時性更好，可及時發(fā)現(xiàn)殘留病灶并進(jìn)行補(bǔ)充治療，從而有效降低肌瘤復(fù)發(fā)率。

4 問題與展望

微泡造影劑聯(lián)合HIFU消融可增強(qiáng)超聲波的空化效應(yīng)，提高能量在目標(biāo)區(qū)域的沉積效率；但微泡在體內(nèi)循環(huán)時間較短，體積較大，無法穿透腫瘤血管內(nèi)皮間隙(380～780 nm)進(jìn)入肌瘤間質(zhì)，導(dǎo)致靶區(qū)的熱量易擴(kuò)散到周圍組織，增加正常組織熱損傷風(fēng)險[27]。為此研究人員研發(fā)了具有液體核心的全氟化碳納米顆粒，可通過血液循環(huán)穿透肌瘤血管內(nèi)皮間隙進(jìn)入間質(zhì)，當(dāng)超聲波單點(diǎn)投射治療時，這些納米顆粒將變?yōu)槲⑴菀旱握舭l(fā)，以增強(qiáng)HIFU治療區(qū)域的能量。但并非所有納米顆粒均聚集在子宮肌瘤間質(zhì)中，一些納米顆粒仍在血液中循環(huán)，后者被超聲波照射后部分液體可能變?yōu)闅怏w，汽化后的納米顆粒體積將急劇增大，增加血管栓塞或肺栓塞的風(fēng)險[28]，故針對納米顆粒的應(yīng)用仍需進(jìn)一步探索。有研究[13]表明微泡聯(lián)合HIFU消融后裂解的細(xì)胞膜和碎裂核有助于激活免疫反應(yīng)，但該研究并未長期隨訪監(jiān)測免疫相關(guān)指標(biāo)和分析抗腫瘤免疫反應(yīng)的原理，且聲場中氣泡引發(fā)的抗腫瘤免疫應(yīng)答的確切機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。此外，微泡造影劑在體內(nèi)不完全呈靶向分布，正常組織中也有存在，注入微泡造影劑后進(jìn)行HIFU治療可能引起周圍正常組織損傷。魯仁財?shù)萚23]通過CEUS動態(tài)顯示子宮肌瘤及正常組織器官內(nèi)超聲微泡造影劑的填充過程，構(gòu)建動態(tài)血管模型(dynamic vascular pattem， DVP)，定量分析肌瘤動脈血供的豐富程度及與局部組織間的血流灌注差異。設(shè)想在DVP中，于SonoVue在子宮肌瘤內(nèi)濃聚時開始進(jìn)行HIFU消融治療，可充分發(fā)揮SonoVue對HIFU消融肌瘤的增效作用，并有望降低對非靶區(qū)的副損傷，提高SonoVue在HIFU治療中的安全性。相信隨著相關(guān)研究的不斷深入，微泡造影劑在HIFU治療子宮肌瘤領(lǐng)域?qū)玫皆絹碓蕉嗟膽?yīng)用和發(fā)展。