乳腺肿瘤血供的超声评价方法及研究进展

邹璐璐（综述） 周 军（审校）

1971年，Folkman[1]首次提出肿瘤新生血管的生成是恶性肿瘤生长的依赖因素。肿瘤血管生成是包括乳腺癌在内的多种实体瘤发生及发展的必需条件。微血管密度（MVD）是目前公认的评价肿瘤血管生成的可靠指标，它反映了血管生成因子与抗血管生成因子相互抗衡的结果[2]。Biesaga等[3]研究证实，MVD与早期乳腺癌患者的预后呈正相关。然而MVD是术后病理结果，无助于藉此术前评价肿瘤的新生血管情况并制订合理的手术方案。超声成像技术具有实时、无创、无辐射、患者耐受力好、引导针吸细胞学穿刺活检和指导临床确定手术方案等优点，可以在术前间接评价肿瘤MVD及血管内皮生长因子受体（VEGF）等血管生成相关因子的表达[4]。本文对目前几种评价乳腺肿瘤内血管生成活性及血流分布情况的超声成像技术作一综述。

1 二维超声多普勒成像技术

常用的二维超声多普勒成像技术是彩色多普勒血流显像。乳腺癌彩色多普勒血流显像的相关因素主要有肿块大小、分化程度及患者年龄[5]，肿块越大、分化程度越低，血流越丰富，但随着患者年龄增长，血流减少。

与彩色多普勒血流显像相比，二维能量多普勒成像（PDI）对肿瘤内的血管及血流信息，特别是对低速血流的显示更为敏感。PDI在宏观上显示的血流信号增多与微观的血管生成活性增加之间具有一致性，PDI显示血流丰富的乳腺癌较易发生腋窝淋巴结转移，患者预后较差[6]。

二维PDI所探及的乳腺癌肿瘤内部血管情况可以预测腋窝淋巴结有无转移，但通过组织染色切片显示计数的MVD与二维PDI所测得的血管数目之间无明显相关性[7]，其原因为肿瘤内部的血管网络紊乱，从而导致肿瘤内某些部位乏血管甚至无血管。因此，不论是组织染色切片还是二维多普勒超声均不能全面、整体地反映肿瘤内部血管网络的分布情况，且两者之间很难保证所观察平面的一致性。

2 三维超声血流成像技术

2.1 超高频探头三维超声检测乳腺癌动物模型的血流信号Loveless等[8]应用40 MHz超高频探头探测鼠乳腺癌模型的血流信号，通过三维重建可以较好地显示肿瘤内部微血管结构及分布情况，而且三维超声造影模式较PDI模式对瘤内微血管结构的显示更为敏感。三维超声可以打破扫查平面的限制，在空间范围内评价肿块内部整体的血供情况，能更全面地反映肿瘤血管的生物学特性，但受超声波穿透能力的限制，

40 MHz超高频超声只能用于探测极其浅表的组织，无常规乳腺超声扫查的临床价值。

2.2 普通高频探头三维超声检测乳腺癌的血流信号 肿瘤内部血管通过三维重建后有3个指数用来评价肿瘤内血管生成及分布情况：①血管指数（VI），是测量所研究容积的彩色像素数量，代表组织内的血管；②血流指数（FI），是所有彩色像素的平均色彩值，代表平均色彩强度；③血管血流指数（VFI），代表VI和FI之间的数学关系。三维PDI模式所获取的VI值能够很好地反映乳腺肿瘤内的MVD[9]。

Zhou等[10]应用普通高频探头三维超声对喉癌VI值进行评价，发现喉癌VI值与颈部淋巴结转移之间有较高的相关性，与二维超声结合能显著提高术前超声诊断颈部淋巴结转移的准确性。然而该研究是应用“Free-hand”模式三维重建获得肿瘤内部的血管网络，探头在各方位的移动可能产生较多伪像，导致计算VI值时不准确，而且人工血管计数十分繁杂，可重复性较差，不便于临床操作。新近出现的三维容积探头可以较好地解决这个问题，检查者只需将其固定于体表并指向所需扫查的部位，系统就会自动采集二维图像，不需要进行图像后处理即可以获得三维立体容积数据库并能立刻显像。通过计算肿瘤体积及其内彩色像素的多少，计算机软件可以自动获取VI值、FI值及VFI值，与“Free-hand”模式相比，其可重复性和临床应用价值更高。类似的探索和新设备的出现使得应用三维超声评价乳腺癌内部血供情况成为现实。

3 超声对比增强造影

3.1 超声对比增强造影对乳腺肿瘤内血供的评价方法 目前超声对比增强造影在诊断乳腺疾病中的应用主要是增强二维灰阶和彩色多普勒血流信号，提高多普勒对不典型肿瘤及肿瘤内低速低流量血管显示的敏感性，可以充分显示肿瘤内的新生血管网[11]。Wan等[12]研究表明，超声对比增强造影模式及其一系列定量参数与乳腺癌肿瘤MVD有显著相关性。超声对比增强造影对肿瘤血供的评价主要包括定性和定量评价。定性评价主要包括造影剂的增强速度、强度、分布及肿瘤血管走行情况等，其优点是能快速、直观地判断和评价肿瘤的血流分布情况，缺点是主观性较强。定量评价通过应用分析软件绘制时间-强度曲线，能最大程度地避开分析者主观因素的影响，是定性评价的必要补充。在实际应用中应该将定性及定量评价进行联合分析，进而更准确地评价乳腺癌肿块内的血供情况，为临床制订正确的治疗方案提供参考[13]。

3.2 三维超声对比增强造影评价乳腺肿瘤内血供的实验研究目前，超声对比增强造影评价肿瘤内的血供仍需基于各个切面，不能进行整体评估，也不能保证与病理切片的一致性。Hansen等[14]利用超声扫描仪和一个定制的超声线阵旋转机械系统进行离体研究分析，为进一步研究乳腺癌瘤内血管三维造影奠定了基础。该技术360°探测物体周围的36个传感器位点。超声波复合图像连续生成提供了水和造影剂的流量模拟幻像，从而获得了10个并行图像平面。将这些化合物的图像结合起来，形成一个容积数据集并进行图像后处理，首次获得了减少散斑的高品质的亚毫米级三维血管重建图像，可以整体评估肿瘤内血供。然而该技术需要特定的扫查设备，且成像过程较繁琐，目前仍处于实验研究阶段。

4 超声分子影像技术

2004年，郑元义等[15]首次在国内提出“超声分子影像学”的概念，该技术是将特异性配体与直径小于红细胞的超声造影剂连接，通过血液循环使其特异性地在靶组织聚集，观察在分子或细胞水平上靶组织的特异性显像，反映在分子水平上病变靶组织的改变。其优点在于能对细胞结构进行活体观察，其水平和效果可以与病理显微镜相媲美，且能实时、动态、重复地观察病变靶组织[16]。

Bzyl等[17]用VEGF2与微泡造影剂表面连接导向乳腺癌肿瘤血管内皮表面与其配体结合，可以真实地反映VEGF2在乳腺癌肿瘤内的聚集情况，甚至能以此描述肿瘤内新生血管的细微差异。

超声靶向微泡造影剂的研发大大促进了超声分子影像学的发展，但仍然存在一些问题有待探索：①超声分子探针的靶向性能需与化学、免疫学等多学科交叉研究才能制备出可以应用于临床的靶向分子探针；②微泡表面的靶分子的“臂”越长，靶点的微泡聚集浓度就会越高；③为了使超声微泡具有同时增强其他影像方式的能力，需对其进行修饰，从而实现多种影像方式的优势互补[18]；④为了在显像的同时达到更好的治疗效果，需进一步优化超声微泡造影剂的载药及载基因能力。随着分子生物学、超声医学及与其他影像技术的进一步结合与发展，需进行更加深入的研究才能使超声分子探针实现同时增强超声显像及其他影像方式显像的功能，并经过图像融合技术处理将各种分子影像学的优点相结合，使该技术得到更好的发展[19]。

5 超声光散射乳腺成像系统

血液对光的主要吸收物质是氧合血红蛋白（HbO2）和脱氧血红蛋白（Hb）。因此，只要定量测量乳腺组织对两种不同波长（785 nm、830 nm）的近红外光的吸收能力，就能计算出HbO2与Hb的含量，通过“血红蛋白总量（HBT）=HbO2+Hb”和“血氧饱和度（SO2）=HbO2/HBT”2个公式进一步计算即可以得到HBT与SO2。因此，超声光散射成像系统可以间接反映肿瘤内部血管生成活性及氧含量情况等信息，为乳腺癌的早期诊断提供依据[20]。然而单独的超声光散射成像系统由于组织内部对光的强散射现象造成图像的分辨率较差，病变部位较难确定，导致其应用受到较大的限制[21]。

近年来，由新奥博为技术有限公司自主研发的OPTIMUS超声光散射乳腺成像系统，将超声成像技术和光学技术融为一体，不仅能采用超声灰阶成像准确地确定肿块的位置、分析肿块的灰阶信息，并且能在功能水平对肿块进行分析，无需借助任何外界造影剂的辅助。超声光散射乳腺成像系统反映了乳腺肿块的灰阶信息和代谢状态，并得出综合诊断指数（SDI），能够区分组织中的散射与吸收效应，通过非侵入性的方式更加准确地定量测量并监测局部血液参数，并能同时对局部血液参数进行断层成像，有助于肿瘤的早期诊断。光散射成像在新生毛细血管变化意义上具有较高的功能分辨力。在光散射图像中，用彩色编码不同的吸收强度，光子吸收的越多，颜色越偏向红色，表示组织血红蛋白总量越高；光子吸收越少，颜色越偏向蓝色，表示组织血红蛋白总量越低[22]。邵华等[23]的ROC曲线分析结果表明，二维高频超声联合光散射成像对乳腺良、恶性肿块具有良好的鉴别诊断作用。王红磊等[24]研究了乳腺癌超声光散射SDI与乳腺癌MVD的相关性，结果证实两者呈直线相关关系，可以在一定程度上判断乳腺癌的病情发展状况，对乳腺疾病的诊断及治疗有一定的指导意义。然而，超声光散射乳腺成像系统在某些较特殊的良、恶性肿块鉴别诊断方面仍然存在一些偏差，某些乳腺良性病变如炎性病变、部分纤维腺瘤、不典型增生结节，则很难与乳腺癌相鉴别，其原因为：①血管较丰富导致OPTIMUS评分过高；②肿块位置过于表浅、探头与皮肤接触不够严密而漏光[23]，但乳腺三维超声成像所用的线阵容积探头，因其与扫查部位接触面积大，可以在一定程度上避免此类误诊；③肿块与周围正常腺体分界不清，特别是当结节内可以探测到高阻力动脉血流信号时[25]，上述情况下易将良性肿块误诊为恶性。

6 展望

超声评价乳腺癌肿瘤内血管生成活性及血流分布情况从以二维多普勒成像为基础逐渐发展，到如今各种新技术、新设备的层出不穷，使得乳腺肿瘤的超声诊断价值越来越高，临床应用也越来越广泛。然而，三维超声在全面、整体地评估乳腺癌肿瘤内的血供情况方面相对于二维超声多普勒技术和超声对比增强造影技术更佳，其所获取的乳腺癌VI值与病理切片之间的一致性更高；相对于超声光散射乳腺成像系统和超声分子影像技术，三维超声技术已经相对成熟，其普及程度也更高，目前在临床应用方面更加广泛。随着超声工程学的发展和仪器的进步，以三维超声获取乳腺癌VI值更加方便，为利用VI值术前预测早期淋巴结转移提供了新的思路及良好的临床应用前景。此外，新的可进行浅表器官超声造影的三维容积探头应用于临床，也将为乳腺癌的深入研究提供新的思路。

[1]Folkman J. Tumor angiogenesis: therapeutic implications. N Engl J Med, 1971, 285(21): 1182-1186.

[2]Ren J, Liu H, Yan L, et al. Microvessel density and heparanase over-expression in clear cell renal cell cancer: correlations and prognostic signi fi cances. World J Surg Oncol, 2011, 9: 158.

[3]Biesaga B, Niemiec J, Ziobro M. Microvessel density and status of p53 protein as potential prognostic factors for adjuvant anthracycline chemotherapy in retrospective analysis of early breast cancer patients group. Pathol Oncol Res, 2012, 18(4): 949-960.

[4]韦力, 周军. 超声评价肿瘤血管生成及其生物学行为的研究进展. 中国医学影像学杂志, 2012, 20(1): 58-61.

[5]朱庆莉, 姜玉新, 孙强, 等. 乳腺癌彩色多普勒血流显像的多因素分析. 中华超声影像学杂志, 2006, 15(2): 109-112.

[6]王燕, 范建华, 郎玉玲, 等. 乳腺癌能量多普勒血流显像与血管生成活性的相关性研究. 中国超声医学杂志, 2009, 25(5): 452-454.

[7]Santamaría G, Velasco M, Farré X, et al. Power Doppler sonography of invasive breast carcinoma: does tumor vascularization contribute to prediction of axillary status? Radiology, 2005, 234(2): 374-380.

[8]Loveless ME, Li X, Huamani J, et al. A method for assessing the microvasculature in a murine tumor model using contrast-enhanced ultrasonography. J Ultrasound Med, 2008, 27(12): 1699-1709.

[9]Yang WT, Tse GM, Lam PK, et al. Correlation between color power Doppler sonographic measurement of breast tumor vasculature and immunohistochemical analysis of microvessel density for the quantitation of angiogenesis. J Ultrasound Med,2002, 21(11): 1227-1235.

[10]Zhou J, Zhu SY, Liu RC, et al. Vascularity index of laryngeal laryngeal cancer derived from 3-D ultrasound: a predicting factor for the in vivo assessment of cervical lymph node status.Ultrasound Med Biol, 2009, 35(10): 1596-1600.

[11]张文芳, 王志刚. 超声造影在乳腺癌诊断和治疗中的研究进展.临床超声医学杂志, 2008, 10(6): 399-401.

[12]Wan CF, Du J, Fang H, et al. Enhancement patterns and parameters of breast cancers at contrast-enhanced US: correlation with prognostic factors. Radiology, 2012, 262(2): 450-459.

[13]李振洲, 罗长锐, 方凡, 等. 乳腺癌超声造影定性及定量分析与p53表达的相关性研究. 中国临床医学影像杂志, 2012, 23(7):465-467, 487.

[14]Hansen C, Hüttebräuker N, Wilkening W, et al. Three-dimensional Reconstruction of fine vascularity in ultrasound breast imaging using contrast-enhanced spatial compounding: in vitro analyses.Acad Radiol, 2008, 15(9): 1155-1164.

[15]郑元义, 王志刚, 冉海涛, 等. 自制高分子材料超声造影剂及初步实验研究. 中国超声医学杂志, 2004, 20(12): 887-890.

[16]Hauff P, Reinhardt M, Foster S. Ultrasound contrast agents for molecular imaging. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008: 223-245.

[17]Bzyl J, Lederle W, Rix A, et al. Molecular and functional ultrasound imaging in differently aggressive breast cancer xenografts using two novel ultrasound contrast agents (BR55 and BR38). Eur Radiol, 2011, 21(9): 1988-1995.

[18]Zhang C, Wang Y. A reconstruction algorithm for thermoacoustic tomography with compensation for acoustic speed heterogeneity.Phys Med Biol, 2008, 53(18): 4971-4982.

[19]王志刚. 超声分子影像学研究进展. 中国医学影像技术, 2009,25(6): 921-924.

[20]朱庆莉, 游珊珊, 孝梦甦, 等. 对比超声定位光散射断层成像与彩色多普勒血流显像检测乳腺癌血供. 中国医学影像技术,2011, 27(9): 1833-1837.

[21]Zhu Q, Tannenbaum S, Kurtzman SH. Optical tomography with ultrasound localization for breast cancer diagnosis and treatment monitoring. Surg Oncol Clin N Am, 2007, 16(2): 307-321.

[22]王红磊, 武力, 阙燕, 等. 超声光散射断层成像(DOT)与乳腺癌血管生成病理学的相关性. 复旦学报(医学版), 2012, 39(3):261-267.

[23]邵华, 程文, 荆慧, 等. 超声光散射成像在乳腺良恶性肿块鉴别诊断中的应用价值. 中国临床医学影像杂志, 2012, 23(8): 578-581.

[24]王红磊, 武力, 阙燕. 超声光散射断层成像与乳腺癌微血管密度的相关性研究. 中山大学学报(医学科学版), 2011, 32(4):531-536.

[25]米科睿, 米素萍. 几种形似乳腺实性占位性病变的声像图分析.中华医学超声杂志(电子版), 2006, 3(6): 379.