微泡造影剂用于高强度聚焦超声治疗子宫肌瘤研究进展

寸江平，赵 卫，范宏杰，谢璇丞，姜永能

(昆明医科大学第一附属医院医学影像科，云南 昆明 650032)

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound， HIFU)是一种非侵入性肿瘤治疗技术,其原理是将超声波聚焦在靶区内，通过超声的热效应、空化效应、机械效应，使病变组织发生不可逆变性、坏死，进而被机体逐渐吸收，达到治疗目的。HIFU消融子宫肌瘤取得了显著成效，其可行性和安全性已被大量临床研究[1-4]所证实。然而，HIFU对于一些特殊类型的子宫肌瘤仍然存在有效率低、并发症多等缺点，亟需更精准和更高效的治疗手段来增强消融效果。超声微泡造影剂在病灶识别、HIFU消融效果评估和增效方面不断发展，使HIFU消融肌瘤的效果显著提高。本文对微泡造影剂用于HIFU治疗子宫肌瘤的研究进展进行综述。

1 超声微泡造影剂的发展

超声微泡造影剂已问世50余年，经过不断的发展，在超声诊断及治疗领域扮演着越来越重要的角色。早在1968年，Shah等[5]发现快速心内注射生理盐水可在主动脉血流内发现“云雾状”强回声，这便是超声微泡造影剂的起源。1972年Ziskin等[6]发现快速注射生理盐水时的气泡可产生造影效果，然而由于空气在血液中的高溶解度，这种原位产生的微泡可在数秒钟内溶解，其稳定性差，循环时间短，且不能通过肺循环，仅能实现右心成像。经过改进的第二代超声微泡造影剂为包裹高密度的惰性气体，其表面以磷脂、白蛋白或聚合物包封，平均直径小于8 μm，可通过肺循环到达各器官，提高了稳定性，最终微泡以气体形式被呼出，其表面物质在肝脏中被代谢。此后各种组合物如蛋白质、脂质、聚合物等被合成作为微泡壳的材料，微泡内部核心包括空气(Albunex)、六氟化硫(SonoVue，意大利)或全氟化碳(Definity，美国)。以SonoVue为代表的第三代微泡超声造影剂的稳定性明显提高，在血液中的滞留时间延长，并能更好地显示微小毛细血管床和动态监测组织灌注情况。近年来，研究[7-8]表明，纳米技术靶向修饰的微泡造影剂可在分子水平定向识别靶组织，在靶组织内滞留时间更长，可提高对疾病的识别及诊断能力；还可携带靶向药物进行局部治疗，提高药物局部浓度，降低全身不良反应。目前该领域的基础研究[9-10]较多，而临床应用[11]较少。超声微泡造影剂作为一种高声阻抗物质随血液进入子宫肌瘤内，可进一步增强HIFU治疗的热效应、空化效应及生物化学效应，从而提高HIFU对病变组织的毁损效果。

2 微泡造影剂联合HIFU治疗子宫肌瘤的原理

2.1 增强热效应 作为一种临床应用最广泛的超声造影剂，微泡具备良好的超声反射能力，通过血液循环进入生物组织时，可提高组织的声阻抗，从而促进HIFU在靶组织内的能量沉积，增强HIFU的热效应。超声微泡在高声压下产生非线性振荡，可发出更高频率的超声波，后者可被组织转化为热量破坏肿瘤细胞，因此微泡可作为HIFU消融子宫肌瘤的重要增效剂[12]。超声微泡内部的气体可提高子宫肌瘤组织内的声阻抗，增强目标区域超声波的散射和反射率，进而提高HIFU消融的能量沉积效率。Moyer等[13]在HIFU消融小鼠正常肝组织期间通过MR测温法分析微泡组和空白组靶区的温度变化，结果显示微泡组目标区域及近端表面的温度较空白组高，提示微泡可以产生更强的热传递。

2.2 增强空化效应 微泡和超声波的相互作用主要取决于超声波的振幅。低声压下，超声微泡表现为收缩和膨胀交替出现，称为稳定的空化现象。稳定振荡的气泡可有效散射超声波，更清晰地显示扫描野内的微小病变，从而提高阳性病灶的检出率。在较高的声压下，进入超声波束的微泡发生快速振荡和剧烈坍塌，导致气泡破坏和碎裂，使微泡周围组织产生微流动现象；同时，坍塌气泡周围的液体喷射和超声冲击波的产生可使相邻细胞的细胞膜破裂，而微流剪切应力增强可使毛细血管壁破裂或小动脉闭塞，导致肌瘤组织缺血、坏死，进而增强靶区的热能沉积[14]。此外，静脉注射微泡造影剂可以降低目标区域的空化阈值，并增强HIFU治疗期间靶组织的空化活性。Luo等[15]研究表明，在HIFU治疗前以六氟化硫微泡预处理兔肝脏， HIFU消融后坏死体积大于以盐水预处理的兔肝脏，进一步证实了微泡可以增强病灶的空化效应，使靶区细胞坏死更广泛。

2.3 微泡的生物化学效应 HIFU的空化效应和机械效应所产生的细胞碎片有利于激活全身抗肿瘤免疫反应。在非热效应中，微泡的机械振动引起肌瘤组织崩解，使肿瘤组织抗原扩增，进而增强机体的抗肿瘤免疫监视，即免疫调节现象[16]。Yao等[12]通过免疫组织化学染色发现，利用SonoVue微泡可明显降低增殖细胞核抗原的阳性指数，证实HIFU联合微泡有助于抑制肿瘤细胞增殖。Zhou等[17]发现HIFU治疗后免疫抑制细胞因子明显减少，提示HIFU治疗可以改善宿主的抗癌免疫反应。除热效应、机械效应及空化效应外，有研究[18]表明HIFU治疗子宫肌瘤所致组织创伤更小、应激反应更低，可降低对机体免疫功能的影响，从而减少术后并发症。

微泡的上述作用和HIFU技术本身无创、适型、精准消融的特点，将使其在治疗子宫肌瘤中的应用更加广泛。

3 微泡造影剂联合HIFU治疗子宫肌瘤的临床应用

3.1 术前评估 HIFU治疗是在实时超声监控下完成的，术前行超声微泡造影可提高对病变组织的辨识度，还可定量评估子宫肌瘤的血液灌注情况。此外，将CEUS的动态图像传输至专用造影分析软件，可定量分析子宫肌瘤造影后回声强度随时间的变化曲线，并计算出超声微泡在肌瘤内的上升时间、平均渡越时间、达峰时间、廓清时间、峰值强度以及时间-强度曲线下面积；综合上述定量信息可较为直观地评价肌瘤与周围组织间的血流灌注差异，利于术前评估以及根据微泡造影剂在不同类型子宫肌瘤与周围组织中的动态强化特征来设计不同的HIFU增效方案[19-20]。

3.2 提高疗效 在HIFU治疗过程中通过引入微泡造影剂可增加治疗区域的空化核数量，使肌瘤与周围组织的声阻抗显著不匹配，提高靶区超声波的散射和反射率，进而提升HIFU治疗子宫肌瘤的效果。Chen等[21]将120例单发子宫肌瘤患者随机分为治疗组(60例)和对照组(60例)，治疗组患者于HIFU消融时经静脉推注SonoVue，对照组推注生理盐水，结果显示治疗组的治疗时间及超声辐照时间均明显缩短，且其病灶灰度变化率(55.9%)和非灌注体积比[(94.2±10.6)%]均较对照组升高[11.8%，(72.8±25.4)%]。Peng等[22]回顾性分析2个中心共291例孤立性子宫肌瘤患者的临床资料，其中129接受单纯HIFU治疗，162例接受SonoVue联合HIFU治疗，比较两组患者的治疗参数，发现SonoVue联合HIFU组平均消融率为86.0%，单纯HIFU组为83.0%，SonoVue联合HIFU组超声灰度变化率更高(78.4% vs 66.7%)，且相同超声辐照时间下，SonoVue联合HIFU组在更短时间内出现灰度变化。有研究[23]将子宫肌瘤分为MR T2WI低信号、等信号、高信号组，HIFU术中均采用SonoVue微泡进行消融治疗，其治疗时间分别为(102.12±54.45)min、(153.86±66.04)min及(141.50士69.56)min，结果显示SonoVue微泡可缩短治疗时间，提高因子能效，且对于T2WI低信号组的增效作用更显著。以上研究均表明微泡造影剂联合HIFU消融能显著增强子宫肌瘤的消融效果，且无严重不良反应。

3.3 术后评价 临床工作中通常用治疗区的灰度变化来评估肌瘤组织是否发生凝固性坏死，然而有约20%的肌瘤并不存在灰度变化[24]。微泡造影剂可作为子宫肌瘤消融术后评估疗效的选择之一。有学者[25-26]将术后增强磁共振(contrast-enhanced MR, CE-MR)所示非灌注区域体积与术后即刻CEUS所示非灌注体积进行比较，结果发现微泡造影剂能清楚显示肌瘤和非灌注区的大小，且与术后CE-MRI测得的结果相关。值得注意的是，微泡造影剂相对于CE-MRI实时性更好，可及时发现残留病灶并进行补充治疗，从而有效降低肌瘤复发率。

4 问题与展望

微泡造影剂联合HIFU消融可增强超声波的空化效应，提高能量在目标区域的沉积效率；但微泡在体内循环时间较短，体积较大，无法穿透肿瘤血管内皮间隙(380～780 nm)进入肌瘤间质，导致靶区的热量易扩散到周围组织，增加正常组织热损伤风险[27]。为此研究人员研发了具有液体核心的全氟化碳纳米颗粒，可通过血液循环穿透肌瘤血管内皮间隙进入间质，当超声波单点投射治疗时，这些纳米颗粒将变为微泡液滴蒸发，以增强HIFU治疗区域的能量。但并非所有纳米颗粒均聚集在子宫肌瘤间质中，一些纳米颗粒仍在血液中循环，后者被超声波照射后部分液体可能变为气体，汽化后的纳米颗粒体积将急剧增大，增加血管栓塞或肺栓塞的风险[28]，故针对纳米颗粒的应用仍需进一步探索。有研究[13]表明微泡联合HIFU消融后裂解的细胞膜和碎裂核有助于激活免疫反应，但该研究并未长期随访监测免疫相关指标和分析抗肿瘤免疫反应的原理，且声场中气泡引发的抗肿瘤免疫应答的确切机制尚待进一步研究。此外，微泡造影剂在体内不完全呈靶向分布，正常组织中也有存在，注入微泡造影剂后进行HIFU治疗可能引起周围正常组织损伤。鲁仁财等[23]通过CEUS动态显示子宫肌瘤及正常组织器官内超声微泡造影剂的填充过程，构建动态血管模型(dynamic vascular pattem， DVP)，定量分析肌瘤动脉血供的丰富程度及与局部组织间的血流灌注差异。设想在DVP中，于SonoVue在子宫肌瘤内浓聚时开始进行HIFU消融治疗，可充分发挥SonoVue对HIFU消融肌瘤的增效作用，并有望降低对非靶区的副损伤，提高SonoVue在HIFU治疗中的安全性。相信随着相关研究的不断深入，微泡造影剂在HIFU治疗子宫肌瘤领域将会得到越来越多的应用和发展。