三维超声观察静脉注射声学造影剂前后肿瘤血流灌注的实验研究

1、    三维超声观察静脉注射声学造影剂 前后肿瘤血流灌注的实验研究        摘要目的评价三维超声成像技术观察声学造影前后肿瘤血流灌注情况。方法造影前应用三维超声成像技术观察移植性兔肝脏、肾脏、肌肉和皮下VX2肿瘤的血流灌注情况，经静脉注射新型(第三代)声学造影剂FX530后再次检查。结果三维超声可良好地显示肿瘤血管及与周围组织血管的关系，经静脉注射造影剂后肿瘤血管明显增强，可观察肿瘤形态及肿瘤内网状的细小血管。结论三维超声(特别是经静脉声学造影后)提高了对肿瘤

2、血流灌注的观察能力，为临床评价各种治疗疗效提供了依据。关键词三维超声成像声学造影剂VX2肿瘤灌注 Evaluation of Tumor Perfusion by Three-dimensional Ultrasonographybefore and after Intravenous Injection of UltrasonographicContrast AgentA Experiment StudyLiu Jianhua, Zhang Qingping, Zhou Yuqing, et alDept of Ultrasound, Tongji Hospital, Tongji Medi

3、cal University (Wuhan 430030)AbstractPurposeFor evaluating the role of three-dimensional Ultrasonography on tumor perfusion before and after intravenous contrast enhancement.MethodsThree-dimensional reconstruction of color Doppler flow imaging and color Doppler energy imaging was used to evaluate th

4、e perfusion of the transplanted rabbit VX2 tumors in liver,kidney,muscle and subcutis before and after intravenous administration of FX530-a new generation of ultrasonographic contrast agent.ResultsThe tumor blood vessels and its relationship between the normal vessels in surrounding tissue could be

5、 show clearly on three-dimensional imaging.After injection,the tumor vessels were highly enhanced,the contour of the tumors and netlike small vessels in the tumors were demonstrated by three-dimensional imaging.ConclusionThree-dimensional ultrasonographic reconstruction could improve the visualizati

6、on of tumor perfusion and be helpful to assessment of tumor treatments.Key wordsThree-dimensional ultrasonic reconstructionUltrasonographic contrast agentVX2 tumorPerfusion三维超声成像技术在心脏、妇产科、眼科等领域已开展临床应用1-5，但目前仍难以对实质性肿瘤血管重建理想的三维像，主要原因是超声诊断仪检测慢速血流不够敏感且易受组织运动的影响。新近研制的新型FX系列声学造影剂具有高效、安全和无创性等优点，经外周静脉注射十分小的

7、剂量后即可使全身小血管明显增强6-7。本研究应用三维超声成像技术观察经静脉注射新型(第三代)声学造影剂前后兔VX2肿瘤血流灌注情况，效果较理想，介绍如下：1材料与方法1.1实验动物选用日本大耳白兔19只，雌性11只，雄性8只，重2.53.5kg。肝脏、肾脏、肌肉和皮下分别接种VX2肿瘤5、4、7、3个，肿瘤直径1.56.0cm(平均2.4cm)。用2%3%的戊巴比妥钠经静脉麻醉，剂量为2530mg/kg。肝脏和肾脏检查时将兔仰卧位固定，皮下和腿部肌肉检查取侧卧位，检查区尽量剪毛或用8%硫化钠脱毛。用呼吸机控制兔呼吸，肝、肾三维像采集时暂停呼吸机，使兔呼吸停止。1.2FX530声学造影剂的准备F

8、X530声学造影剂由北京阜外医院提供，主要成分为人体白蛋白包裹含全氟戊烷气体的微泡，97%以上的微泡直径在38m以内，平均4.2m。微泡浓度12×109个/ml。经兔耳缘静脉注射，剂量为0.0050.01ml/kg，尾随注射2ml生理盐水。1.3仪器与检查方法常规超声检查使用美国惠普公司的HP-5500型彩超仪，探头频率为410MHz可调，选取偏10MHz，使用彩色多普勒能量作三维重建。三维超声成像系统为德国TomTec公司的Echo-Scan三维工作站，配有磁场空间定位的自由扫查系统。韩国Medison公司的Voluson-530D超声仪配有7.5MHz腔内容积扫查探头，可重建三维

9、彩色多普勒血流像。磁光盘、移动式硬盘和电脑采集动态像保存资料。检查方法：(1)像的采集：将Echo-Scan三维工作站与HP-5500彩超仪相连接，磁场发生器置于靠近待检查部位，手持带有空间位置感应器的超声探头，先观察肿瘤及附近的血流情况，确定像采集范围。调整仪器设置，抑制二维灰阶像至恰好可观察组织结构，尽量增强彩色血流信号而无明显噪音，须注意造影前后设置条件保持不变，以便对照。三维工作站采集像时，缓慢且均匀平稳地移动探头，采集连续二维像，时间设定为812s。扫查完成后对像进行后处理，获得立体的三维数据库。用Voluson-530D三维容积探头扫查较简便。先用二维像显示好肿瘤及邻近组织的血流，

10、三维扫查时将探头固定不移动，显示切面为感兴趣区中部，三维探头可自动作扇形扫查，获取连续的二维像，由计算机建立三维数据库。(2)重建三维像：Echo-Scan三维工作站获取的三维数据库为彩色血流的灰阶显示，利用最大回声模式进行三维重建。重建时先选择三维数据库的一个参考切面，再对感兴趣区血流的灰阶像进行三维重建，可选择不同的视角观察或旋转观察三维像。Voluson-530D获取的彩色多普勒血流像的色彩与二维显示的一致。对三维数据库中的彩色多普勒血流进行三维重建后，可由任意的角度和方位观察。1.4病理检查每次超声检查完成后即将兔处死，取肿瘤标本作病理检查，观察大体和镜下特征。2结果2.1造影前三维像

11、可良好地显示兔VX2肿瘤及其邻近部位的血管的立体形态及相互之间的空间位置关系(1)。由于兔VX2肿瘤外周包绕的肿瘤滋养血管较丰富，三维像可勾画出肿瘤的轮廓，经旋转观察可更好地观察肿瘤立体形态。Fig 1Three-dimensional reconstruction of VX2 muscle tumor in rabbit hind legby color flow energy imaging showed the relations between the tumors and the large vessels nearby2.2造影后经兔耳缘静脉注射FX530后肿瘤血管血流增强的效果

12、十分明显且稳定。使用很小剂量(0.002ml/kg)也可有明显增强，但持续时间较短；注射剂量为0.0050.01ml/kg时，血流增强持续时间长(可达5分钟以上)且伪像出现时间短，有利于二维超声观察和三维扫查。三维重建像显示的肿瘤血管血流比造影前明显丰富，表现为显示的血管条数增多，分支增多，肿瘤部分区域内可见成团的海绵状的小血管血流增强区。造影增强衰退早期，肿瘤外周滋养血管的彩色血流信号外溢并相互融合，呈“血管壳”状，而外周组织仅较大血管血流增强明显，三维重建的像显示较完整的肿瘤“血管壳”(2)。造影增强中后期，利用三维超声成像可清晰显示肿瘤外周和内部血管血流，包括网团状的十分细小血管的血流(

13、3)。大体病理检查：兔VX2肿瘤组织与周围组织交错，边界欠清晰，邻近组织大血管发出分支至肿瘤边缘绕行，并有分支伸入肿瘤内(4)。镜下：肿瘤浸润性生长，侵入邻近组织，界限不清，纤维组织成分较少。肿瘤内及外周有丰富血管。较大的肿瘤中央有血、坏死和液化灶。Fig 2After intravenous injection of FX530, three-dimensional ultrasonography showed the tumor vessels as “Shell” during the period after peak enhancementFig 3After intravenous

14、 injection of FX530, three-dimensional Ultrasonography showed the netlike small vessels in the tumor during late enhancementFig 4The pathological specimen of the rabbit VX2 tumor in hind leg showthat the nutrient vessel go into the tumor.The tumor was 2.0 cm in size3讨论 三维超声成像技术的开展已有30余年，近几年来其技术已逐渐走向

15、成熟，目前已应用于含液性结构和病变,被液体环绕的结构和病变,实质性组织结构以及实质性器官血管树的三维成像8。第三代新型声学造影剂是90年代开发出来的新试剂，以含氟气体微泡为主要成分的造影剂的声学增强效果强大且持续时间长，系目前最具有临床应用价值的一类造影剂6，本研究使用的国产FX系列造影剂即属此类。3.1应用三维超声成像技术观察造影前兔VX2肿瘤的血流灌注情况本研究中使用HP-5500型彩超仪，其彩色多普勒能量对血流探测的敏感性很高，可良好地显示十分细小的肿瘤血管，且显示的血管边缘平滑柔和、连续性好，经三维重建后可清晰地显示肿瘤血管的走向、分布及与邻近组织的关系。Echo-Scan三维工作站配

16、有磁场空间定位的自由扫查系统，操作者可在任意方向上移动探头观察感兴趣区结构像，再由计算机将连续的二维像重建为三维立体像，重建后的三维像立体感很强。Voluson-530D超声仪配有7.5MHz腔内容积扫查探头。检查时，操作者不用移动探头，只需将探头固定指向感兴趣区的中部位置，由探头自动采集系列二维像。该仪器可对彩色多普勒血流和彩色多普勒能量进行三维成像，既可显示肿瘤血管血流的空间位置关系，又可显示血流的方向，尤其适合于声窗部位对肿瘤血管的观察。兔VX2肿瘤是在兔身上诱发的一种鳞癌，为富血管实体瘤，但肿瘤血管密度与接种部位有一定关系，一般接种于肌肉、肝脏和肾脏的VX2肿瘤血管密度较高，超声探测血

17、流情况也相对容易些。由于兔VX2肿瘤边缘绕行的滋养血管较粗大且密度较高，三维重建后的肿瘤血管立体可勾画出肿瘤的轮廓。3.2应用三维超声成像技术观察造影后兔VX2肿瘤的血流灌注情况经兔耳缘静脉注射FX530造影剂0.002ml/kg后，均可见肿瘤血管明显增强，且随着剂量的增加，增强越明显，增强持续时间越长。剂量超过0.004ml/kg时，可见“彩色花簇”现象，表现为组织与肿瘤均显示为一片明亮彩色，且范围超过原有组织界限，随着增强的减弱，增强的血管干支逐渐清晰显现出来；肌肉与肝、肾实质内除粗大的血管外，其它血管的彩色血流消失较快，而肿瘤血管增强持续时间较长。为了有足够时间进行三维像采集，本研究主要

18、使用剂量为0.0050.01ml/kg。重建后的三维像显示肿瘤血管血流条数增多，分支也明显增多，分布更加密集，部分区域内微小血管血流增强而显示为更加密集的海绵状小血管团，显示二维像难以观察到的空间形态与位置关系。三维超声成像观察肿瘤血流灌注有助于观察肿瘤血管的数目、空间分布、与邻近组织血流的空间位置关系以及血供来源等。应用新型超声造影剂后可观察到更细小的肿瘤血管，为肿瘤的手术切除和栓塞化治疗提供全面的信息，为评价肿瘤的化疗、放疗、栓塞化治疗、酒精固化治疗等非手术切除治疗的疗效提供了有效的方法。作者单位：430030同济医科大学同济医院超声科参考文献1王新房.静态三维和动态三维成像临床应用展望.中国超声医学杂志，1995，11：260-2612Kuo HC,Chang FM,Wu CH,et al.The preliminary application of three-dimensional ultrasonography in obstetrics.Am J Obstet Gynecol,1992,166:880-8863Musoles FB.Th