第 5 期陈莉等 : 超声造影早期评价 HIFU 治疗兔移植性骨肿瘤的初步研究 431 且费用昂贵相比之下, 超声造影技术无射线或磁场的辐射, 且不出现 CT 造影剂的过敏反应, 越来越多使用于临床实践中本研究运用超声造影技术观察并比较骨肿瘤经 HIFU 治疗前后的影像学变化, 通过治疗后早期血

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晁良
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1 第 35 卷第 5 期声学技术 Vol.35, No 年 10 月 Technical Acoustics Oct., 2016 超声造影早期评价 HIFU 治疗兔移植性骨肿瘤的初步研究陈莉, 姜立新, 胡兵 ( 上海交通大学附属第六人民医院超声科, 上海 ) 摘要 : 目的 : 观察兔 VX2 移植性骨肿瘤经高强度聚焦超声 (High Intensity Focused Ultrasound, HIFU) 治疗前后超声造影的图像变化, 以评价高强度聚焦超声治疗骨肿瘤的疗效方法 : 将 VX2 瘤块植入 20 只兔的右侧胫骨髓腔内, 三周后进行 HIFU 治疗治疗前后均推注超声微泡造影剂, 对肿瘤治疗前后的超声造影图像进行比较结果 : 治疗前超声造影显示, 右侧胫骨髓内肿瘤快速明显强化, 与周边组织分界清楚, 测得病灶平均大小为, 上下径 (17.614±0.955) mm, 前后径 (10.414±1.142) mm 治疗后造影, 治疗区域显示为造影剂灌注缺损区, 平均范围为上下径 (8.010±0.584) mm, 前后径 (7.540±0.499) mm, 未经治疗的肿瘤组织仍有超声造影剂灌注结论 : 超声造影成像清楚地显示肿瘤范围以及治疗后灌注缺损区的大小, 通过反映治疗后肿瘤的血供改变来评价 HIFU 治疗肿瘤的疗效关键词 : 骨肿瘤 ; 动物模型 ; 超声微泡造影剂 ; 高强度聚焦超声中图分类号 :B845.2 Q62 文献标识码 :A 文章编号 : (2016) DOI 编码 : /j.cnki Preliminary research on evaluating efficacy of HIFU treatment for transplantable VX2 bone tumor with contrast-enhanced ultrasound CHEN Li, JIANG Li-xin, HU Bing (Department of Ultrasound, Shanghai Jiao Tong University Affiliated Sixth People's Hospital, Shanghai , China) Abstract: Objective: To observe the changes of Contrast-Enhanced ultrasonography before and after High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) treatment, and evaluate the efficacy of HIFU treatment for transplantable VX2 bone tumor. Methods: Twenty New Zealand white rabbits were inoculated with VX2 tumors in cavitas medullaris of right tibia. HIFU treatment were carried on three weeks after VX2 bone tumors were transplanted. Ultrasonic microbubbles agents were injected to observe perfusion in the treated area and compare the changes of Contrast-Enhanced ultrasonography before and after HIFU treatment. Results: Contrast-Enhanced ultrasonography before HIFU treatment: the tumors in the cavitas medullaris of right tibia were rapidly and obviously perfused with clear boundaries. Average sizes were measured: Vertical diameter was ± mm and anteroposterior diameter was ± mm. Contrast-Enhanced ultrasonography after HIFU treatment: treated region was out of perfusion; Average sizes were measured: Vertical diameter was ± mm and anteroposterior diameter was ± mm while the untreated region still had microbubbles perfusion. Conclusion: Contrast-Enhanced ultrasound examination can evaluate the efficacy of HIFU treatment in the early stage through the changes of the blood flow in the target region before and after HIFU treatment. Key words: bone tumor; animal model; microbubble contrast agents; High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) 0 引言恶性骨肿瘤发病率逐年增高, 其中以骨肉瘤所收稿日期 : ; 修回日期 : 作者简介 : 陈莉 (1985-), 女, 江西萍乡人, 硕士研究生, 研究方向为肿瘤超声介入治疗肌肉骨骼系统超声通讯作者 : 胡兵, hubingc@sina.com 占比例最高, 且恶性程度高, 预后不佳, 外科手术常需截肢治疗 [1] 为提高骨肉瘤患者的生活质量, 以保肢为目的的微创治疗, 成为除手术以外的重要治疗方法 [2-3] 高强度聚焦超声作为一种新型局部微创治疗手段, 经临床证实对前列腺癌子宫肌瘤等实体肿瘤均具有较好的治疗效果 [4-5], 临床上也将 HIFU 用于骨肿瘤的保肢治疗中 [6], 以往主要通过 CT 及 MRI 影像检查来评价疗效, 但具有一定辐射

2 第 5 期陈莉等 : 超声造影早期评价 HIFU 治疗兔移植性骨肿瘤的初步研究 431 且费用昂贵相比之下, 超声造影技术无射线或磁场的辐射, 且不出现 CT 造影剂的过敏反应, 越来越多使用于临床实践中本研究运用超声造影技术观察并比较骨肿瘤经 HIFU 治疗前后的影像学变化, 通过治疗后早期血流量的改变来评估 HIFU 在骨肿瘤治疗中的价值 1 材料与方法 1.1 实验对象纯种新西兰大白兔 10 只, 体重 2.0~2.5 kg, 雌雄不限, 肢体健壮, 符合实验动物标准, 由上海市第六人民医院实验动物中心提供兔 VX2 骨肿瘤动物模型建立 : 处死荷瘤兔后, 无菌条件下手术剥离荷瘤兔肌肉间肿瘤, 从肿瘤的边缘区取新鲜鱼肉样的肿瘤组织块置于生理盐水中, 剔除坏死组织及纤维组织, 使用眼科剪将瘤组织剪碎至 l mm 3 大小的组织块备用用 2.5% 戊巴比妥钠 1.0 ml/kg 经耳缘静脉注射麻醉模型兔, 局部去毛消毒后, 于右侧胫骨干骺端内侧较平坦处作 l cm 长皮肤切口, 分离皮下组织, 暴露胫骨后, 用 2 mm 克氏针骨表面钻孔, 从皮质直至髓腔, 深约 4 mm 左右, 将一块 1 mm 3 大小的瘤组织送入腔内, 骨蜡封口, 缝合皮肤即制成动物模型 1.2 仪器条件超声仪器 :ESOTATE My lab 90 超声诊断仪, 选用高频线阵变频探头, 型号为 LA523, 所用频率为 12.5 MHz 本实验中超声诊断时机械指数设定为 0.7 HY2900 型聚焦超声肿瘤治疗系统 : 由江苏无锡海鹰电子医疗系统有限公司与上海交通大学联合研制, 机内超声定位监测探头频率为 3.5 MHz 聚焦超声换能器频率为 1.5 MHz, 最大声输出功率为 W, 焦距为 140 mm 1.3 超声微泡造影剂 - 声诺维 Sonovue 所用超声微泡造影剂为声诺维 Sonovue(59 mg * 1 瓶 ), 使用时以 5 ml 生理盐水稀释, 适力振摇至冻干粉完全分散入溶液超声造影时按 0.2 ml/kg 剂量经兔耳缘静脉以团注方式给药, 随后快速注射 2 ml 生理盐水冲管 1.4 实验方法骨肿瘤模型建立成功后, 经过超声及磁共振连续监测, 根据影像学表现及生物学特性的研究, HIFU 治疗时间定于肿瘤种植后第 21 天于治疗前一天对骨肿瘤模型动物行二维超声及超声造影检查, 以尽量避免微泡造影剂对 HIFU 治疗的协同作用 HIFU 治疗参数设置为 : 声功率 120 W, 最大电功率 1.02 kw, 焦区声强为 6400 W/cm 2 时, 辐照深度为 15 mm,t on=500 ms,t off=0(t on 为脉冲持续时间,T off 为脉冲间歇时间 ), 总时间为 2 min, 辐照后行超声造影检查治疗前后均经耳缘静脉推注造影剂, 造影剂注入的同时连续实时动态观察病灶造影剂灌注情况及变化过程, 并存储动态和静态图像通过比较 HIFU 治疗前后的超声造影图像来评估 HIFU 治疗骨肿瘤疗效 1.5 病理学检查分别取得 HIFU 治疗前后的骨肿瘤标本, 浸泡于福尔马林溶液中固定, 经脱钙处理后, 依次进行包埋切片 HE 染色, 光学显微镜下观察比较治疗前后肿瘤细胞的变化情况 2 结果 2.1 骨肿瘤动物模型的建立肿瘤原位移植均成功, 生长稳定, 未发现肿瘤自发消退现象, 成瘤率达 100% 肿瘤移植后第 7 天 : 病灶区骨表面粗糙不光滑, 回声增强, 尚不能清楚显示胫骨髓腔内肿块肿瘤移植后第 14 天 : 病灶区可见骨表面毛糙, 不连续, 回声增强, 周围骨皮质呈楔形增厚, 髓腔内可见回声不均匀的肿块彩色多普勒血流成像 (Color Doppler Flow Imaging, CDFI) 技术显示病灶内肿瘤组织及病灶骨表面均有较丰富的血流信号, 后者提示肿瘤已引起骨膜反应骨膜反应最早于第 10 天被观察到肿瘤移植后第 21 天 : 病灶区骨皮质缺损区增大, 不规则, 可见短而毛糙的骨膜新生骨, 其外层骨膜抬起并有楔形增厚, 与周围软组织内低回声肿图 1 胫骨内的 VX2 移植性肿瘤 Fig.1 Transpantable VX2 tumor in tibia

3 432 声学技术 2016 年经 HIFU 辐照的肿瘤组织内仍有造影剂灌注, 强化明显, 与灌注缺损区对比强烈 ( 见图 4 5) 图 2 超声检查显示第三周的骨膜反应 Fig.2 Ultrasound displayed periosteal reaction in the third week 块形成类似 X 线上的 Codman 三角表现 ( 见图 1 2) CDFI 可显示骨膜反应较丰富的血流信号显示肿瘤内有异常增生的血管, 血管内径增粗迂曲分布密集互相交通肿瘤移植后第 28 天 : 周围软组织肿块体积增长迅速, 超过髓腔内肿块体积图 4 肿瘤组织均匀性强化 Fig.4 Tumor tissue enhanced uniformly 2.2 治疗前超声造影检查 10 只骨肿瘤模型兔注射造影剂后, 髓腔内肿瘤组织快速增强, 明显强化, 形态欠规则, 与周边组织分界清楚, 造影增强后测量病灶的上下径及前后径, 平均值为 : 上下径 (17.614±0.955) mm, 前后径 :(10.414±1.142) mm 肿瘤造影灌注方式从周边向中央向心性均匀性增强, 减退时为从中央向周边离心性均匀性减退, 呈快进快退方式 10 只骨肿瘤模型兔髓腔内肿瘤开始显影平均时间为 (4.5±0.918) s, 肿瘤增强高峰的平均时间为 (12±1.146) s ( 见图 3) 2.4 病理学检查图 5 肿瘤组织内灌注缺损区 Fig.5 Perfusion defect area in tumor tissue 未经 HIFU 辐照前骨肿瘤组织切片在 40 倍镜下可见大量肿瘤细胞, 生长旺盛, 排列紊乱, 核大而深染, 异型性明显, 瘤体组织中未见大片状坏死 ( 见图 6) HIFU 辐照 VX2 肿瘤 2 周后, 治疗区域内见大片红染的凝固性坏死区域, 其周边未经 HIFU 辐照的区域依然可见核大而深染的肿瘤细胞 ( 见图 7) 3 讨论图 3 A B C D 分别为团注 Sonovue 后第 s 时的图像 24s 时的图像 24s 时的图像 24s 时 Fig.3 The images at the 4.5th 5th 11st and 24th second (see A, B, C and D) after Sonovue injected d 2.3 治疗后即刻超声造影检查 HIFU 治疗区域在超声造影图像显示为造影剂灌注缺损区, 于注射造影剂后 11 s 时测量灌注缺损区范围, 平均值为 : 上下径 (8.01±0.584) mm, 前后径 (7.54±0.499) mm, 超声造影剂灌注缺损区周边未恶性骨肿瘤中绝大部分恶性程度都极高, 其中最常见的骨肉瘤, 发病率呈逐年上升趋势且增幅速度快, 发病年龄也趋于年轻化其发病较隐秘, 局部侵袭性强, 而且易发生转移, 已严重威胁青少年健康由于恶性肿瘤细胞对热损伤较为敏感当温度超过 60 时, 可引起细胞死亡, 导致组织坏死 [6-7] 将热疗引入肿瘤的局部治疗中, 可有效破坏肿瘤细胞, 而不损坏未经热疗的人体正常组织骨肿瘤的保肢局部热疗方法中, 较常见的有微波热治疗射

4 第 5 期陈莉等 : 超声造影早期评价 HIFU 治疗兔移植性骨肿瘤的初步研究 433 图 6 治疗前 VX2 肿瘤组织 Fig.6 VX2 tumor tissue before HIFU treatment 图 7 治疗后 VX2 肿瘤组织 Fig.7 VX2 tumor tissue after HIFU treatment 频治疗 (Radio Frequency Ablation, RFA) 和 HIFU 治疗相比之下,HIFU 无需像前两者 ( 微波射频 ) 要在病变部位插针 [3,7-11], 创伤更小, 操作简单, 相应的并发症也较少同时具有定位准确, 对周围正常组织不损伤或损伤较小, 可行多疗程重复治疗等优点植三周后进行超声造影检查, 发现兔胫骨髓腔内肿瘤明显均匀强化, 呈快进快退方式, 表明肿瘤新生血管较丰富, 生长情况良好肿瘤区骨皮质缺损, 存在不同程度的骨膜反应及软组织肿块此时移植瘤的影像学表现与人类骨肉瘤的 Enneking 的 IIB 期非常相似 [12], 动物模型胫骨骨皮质已经破坏, 周围软组织受侵犯超声能量可穿透骨皮质, 进入到骨肿瘤区内, 此时进行骨肿瘤的超声检查和 HIFU 治疗都是可行的肿瘤组织的生长需要丰富的血供, 血管再生是肿瘤生长转移的重要条件抗血管再生可防止肿瘤增生转移 [13] 而超声造影作为一种血管显像技术 [14-15], 将其用于观察肿瘤血供情况并对 HIFU 治疗后靶区血流情况进行研究, 尤为合适本研究所选用的超声微泡造影剂为第二代微泡造影剂 Sonovue, 表面为脂质, 其微泡直径 <8 μm, 可以进入毛细血管循环系统, 清晰显示肿瘤组织治疗前超声造影, 肿瘤明显强化, 可清晰显示肿块边界, 表明肿瘤血供良好 [16-17] 研究表明,HIFU 治疗肿瘤可使肿瘤组织内微小血管栓塞凝固性坏死, 从而破坏血管, 使肿瘤组织失去营养来达到杀灭肿瘤细胞的目的 [6,18] HIFU 治疗后即刻行超声造影检查, 发现肿块内的辐照区出现边界清晰的灌注缺损区, 而周围未经治疗的组织仍有造影剂灌注 HIFU 治疗造成了辐照区域内肿瘤组织的微小血管损伤, 使得微泡造影剂无法通过该部分血管进入靶区而成为灌注缺损区靶区内仍可见条索状增强, 表明尚有稍粗大的血管存留于 HIFU 靶区内治疗后的超声造影结果反映了 HIFU 治疗后靶区内绝大部分微血管被 HIFU 的空化效应及热效应破坏, 其内几乎没有血流, 故无明显造影剂灌注条索状的增强区为未被 HIFU 损伤的大血管, 这是由于大血管流速较快, 可带走 HIFU 辐照产生的大部分能量, 不利于热量的积累, 因此 HIFU 对大血管的损伤较小, 致使超声造影时靶区的大血管仍能显影未经 HIFU 辐照的区域组织及血管均未损伤, 微泡造影剂仍会进入, 超声造影显示为强化明显, 靶区和未治疗区域两者之间分界清晰, 对比强烈作为一种血流成像技术, 超声造影技术可以通过血管显影来清楚地显示肿瘤的大小范围, 并可测得治疗后灌注缺损区的大小, 通过反映治疗后肿瘤的血供改变来评价 HIFU 治疗肿瘤的疗效 HIFU 治疗后靶区的改变随时间逐渐出现 : 蛋白质变性, 血管破坏, 血流减少, 组织坏死, 修复与吸收 [6,18] 肿瘤组织坏死后, 修复与吸收等后期改变可在形态学上通过 MRI 与 CT 扫描被观察到, 而血流的减少作为肿瘤经 HIFU 治疗后的早期改变则在影像学造影检查上可予明确显示超声造影剂不像 CT 造影剂, 可能引起人体过敏, 操作起来也没有 CT 的辐射危害, 比较适合用于早期评价 HIFU 治疗效果此外, 有研究表明, 超声微泡造影剂将增强 HIFU 损伤肝组织的效应 [19] 由于造影剂可能对 HIFU 治疗造成协同效应, 本实验 HIFU 治疗前的超声造影均于 HIFU 治疗前一天进行, 以免对 HIFU 治疗骨肿瘤的疗效评估造成影响治疗后, 通过超声造影发现, 本研究中 HIFU 对骨肿瘤辐照范围不大, 考虑可能与剂量偏小有关至于超声微泡造影剂能否增强 HIFU 损伤骨肿瘤, 仍需进一步研究

5 434 声学技术 2016 年 4 结论超声造影技术可以通过血管显影来清楚地显示肿瘤的大小范围, 并可测得治疗后灌注缺损区的大小, 通过反映治疗后肿瘤的血供改变来评价 HIFU 治疗肿瘤的疗效超声造影是评价 HIFU 治疗后肿瘤血供改变最直观的影像学方法参考文献 [1] RAFIQ A, ROBERT G. Surgical modalities in the treatment of bone sarcoma in children.[j]. Cancer Treatment Reviews, 2010, 36(4): [2] 郭卫. 原发性恶性骨肿瘤治疗原则及若干问题 [J]. 中华外科杂志, 2007, 45(10): GUO Wei. Principles and related consideration on the treatment of primary maligant bone tumor[j]. Chinese Journal of Surgery, 2007, 45(10): [3] 范清宇, 马保安, 周勇, 等. 肢体恶性骨肿瘤的微波高温原位灭活保肢术 [J]. 中国矫形外科杂志, 2009, 17(11): FAN Qingyu, MA Baoan, ZHOU Yong, et al. Applying microwave hyperthermia in limb salvage surgery for malignant bone tumor of extremities[j]. Orthopedic Journal of China, 2009, 17(11): [4] HWANG J H, CRUM L A. Current status of clinical high-intensity focused ultrasound[c]//conff Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 2009, 2009: [5] KIM Y, RHIM H, CHOI M J. High-Intensity Focused Ultrasound Therapy: an Overview for Radiologists[J]. Korean J Radiol, 2008, 9(4): [6] 邹建中, 陈文直, 廖翠蓉, 等. 高强度聚焦超声治疗骨肉瘤的声像图表现 [J]. 中华超声影像学杂志, 2000, 9(11): ZOU Jianzhong, CHEN Wenzhi, LIAO Cuirong, et al. Ultrasonography of osteosarcoma therapy by high intensity focused ultrasound[j]. Chin J Ultrasonography, 2000, 9(11): [7] 詹宏杰, 梁寒. 肿瘤热疗的研究 [J]. 国外医学肿瘤学分册, 2005, 32(1): ZHAN Hongjie, LIANG Han. Study on hyperthermia of tumor [J]. Foreign Med Sci Oncol Sect, 2005, 32(1): [8] BELFIORE G, TEDESCHI E, RONZA F M. Radio frequency ablation of bone metastases induces long-lasting palliation in patients with untreatable cancer[j]. Singapore Med J, 2008, 49(7): [9] LYON C, BUCKWALTER J. Case report full-thickness skin necrosis after percutaneous radio-frequency ablation of a tibial osteoid osteoma[j]. Iowa Orthop J, 2008(28): [10] EICHEL L, KIM L Y, URIBE C, et al. Third prize: comparison of radical nephrectomy, laparoscopic, microwave, thermotherapy, cryotherapy, radiofrequency ablation for destruction of experimental VX2 renal tumors in rabbits[j]. J Endouro, 2005, 19(9): [11] EIVAZI B, SAPUNDHZIEV N, FOLZ B J, et al. Bipolar radiofrequency induced thermotherapeutic volumetric reduction of VX2 metastases in an animal model[j]. In Vivo, 2005, 19(6): [12] ENNEKING W F, SPANIER S S, GOODMAN M A. A system for the surgical staging of musculoskeletal sarcoma [J]. Clin Orthop Relat Res, 2003, 10(415): [13] 刘展基. 肿瘤治疗新突破抗 VEGF 及抗血管再生治疗 [J]. 中华实用医药杂志, 2006, 16(6): LIU Zhanji. New breakthrough in cancer treatment: Anti VEGF and anti angiogenesis therapy[j]. Chinese Journal of Practical Medicine, 2006, 16(6): [14] 唐红, 解俊敏. 心肌声学造影的临床应用研究进展 [J]. 中国医疗器械信息, 2006, 12(2): TANG Hong, XIE Junmin. Myocardial contrast echocardiography in clinic[j]. Chinese Journal of Medical Instrumentation, 2006, 12(2): [15] STRIDE E P, COUSSIOS C C. Cavitation and contrast: the use of bubbles in ultrasound imaging and thetapy[j]. Proc Inst Mech Eng, 2010, 224(2): [16] 王利华, 周平, 周鹏, 等. 超声造影在兔肝 VX2 肿瘤模型演变评估中的应用 [J]. 中国医学计算机成像杂志, 2010, 16(1): WANG Lihua, ZHOU Ping, ZHOU Peng, et al. Application of contrast-enhanced ultrasonography in evaluating the evolution of VX2 hepetic tumor in rabbit model[j]. Chin Comput Med Imag, 2010, 16(1): [17] 吴蓉, 胡兵, 姜立新, 等. VX2 骨肿瘤模型的超声造影和磁共振初步观察 [J]. 中华医学超声杂志 : 电子版, 2008, 15(3): WU Rong, HU Bing, JIANG Lixin, et al.observation of contrast-enhanced sonography and MRI in an experimental rabbit model with VX2 bone tumor[j]. Chin J Med Ultrasound: Electronic Version, 2008, 15(3): [18] 关利铭, 王智彪, 伍烽. 高强度超声对肿瘤营养血管的作用 [J]. 中国超声医学杂志, 2000, 16(5): GUAN Liming, WANG Zhibiao, WU Feng. Effects of high intensity focused ultrasound on carcinoma vascular[j]. Chinese Journal of Ultrasound in Medicine, 2000, 16(5): [19] 付丽媛, 李发琪, 陈首名, 等. 不同剂量微泡造影剂在高强度聚焦超声消融活体羊肝组织中的增效效应 [J]. 中华超声影像学杂志, 2009, 18(4): FU Liyuan, LI Faqi, CHEN Shouming,et al. Enhancing effects of microbubble contrast agent of different dosage on high-intensity focused ultrasound ablation in goat liver in vivo[j]. Chin J Ultrasonogr, 2009, 18(4):

中国癌症杂志 2015 年第 25 卷第 4 期 317 诊断价值, 发现其受试者工作特征曲线 (receiver operating characteristic curve,roc) 下面积 (area under curve,auc) 为 0.82

中国癌症杂志 2015 年第 25 卷第 4 期 317 诊断价值, 发现其受试者工作特征曲线 (receiver operating characteristic curve,roc) 下面积 (area under curve,auc) 为 0.82 316 中国癌症杂志 2015 年第 25 卷第 4 期 CHINA ONCOLOGY 2015 Vol.25 No.4 甲状腺癌超声诊断的研究进展费腾综述, 陈亚青审校上海交通大学医学院附属新华医院超声科, 上海 200092 [ 摘要 ] 甲状腺癌的发病率占内分泌肿瘤首位