超声评价肿瘤血管生成及其生物学行为的研究进展

韦 力 周 军

恶性实体肿瘤是血管依赖性病变，血管生成是多种实体瘤发生、发展的必要条件[1]。微血管密度（microvessel density, MVD）反映了血管生成因子与抗血管生成因子平衡的结果，是目前公认的评价肿瘤血管生成的可靠指标[2]，MVD的高低与肿瘤的生物学行为，如恶性程度、侵袭性、肿瘤的复发和转移及肿瘤患者的预后密切相关[3]。然而，MVD检测只能通过活检或手术后获得标本，并且结果仅反映肿瘤较小区域的血管生成情况，如何在手术前获取恶性肿瘤血管生成的信息，从而更科学、合理地制订有效治疗方案，已成为影像学探索的新方向。超声作为术前实时、准确、无创地评价肿瘤血管密度的影像学方法[4]，可以反映肿瘤血管生成的形态和功能，已成为近年来超声影像学研究的重点。

1 彩色多普勒超声

1.1 彩色多普勒血流成像 Zdemir等[5]指出，肿瘤的恶性程度越高，血管生成活性越高，新生血管越多，超声所发现的血流信号越丰富。运用彩色多普勒血流成像（color Doppler flow imaging, CDFI）技术测定肿瘤组织内部血流的各项参数，如彩色像素强度（PI）、峰值流速（Vmax）、阻力指数（RI）、血管指数（VI）等，并与免疫组化指标MVD、血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）表达等进行对比研究，可推测肿瘤的血管生成及生物学行为。Shigeno等[6]应用PI来评价前列腺癌血管丰富区域血管增多的程度，并结合免疫组化法检测相应组织中的MVD及VEGF，发现前列腺癌PI与MVD、VEGF有良好的相关性，认为彩色多普勒超声评估血流分布情况能反映前列腺癌组织内血管生成状态。此外，卵巢恶性肿瘤血管RI与MVD呈显著负相关，VI与MVD呈显著正相关，即随着MVD增加RI减低，VI升高，提示肿瘤血管病理学微观指标与宏观超声检测的血流指标RI、VI紧密相关，并且RI、VI可前瞻性地反映卵巢肿瘤内血管生成状况，为术前诊断及预后评估提供有价值的信息[7]。Okuyama等[8]应用CDFI技术研究乳腺癌内部血流信息与腋窝淋巴结转移的关系，结果表明肿瘤内的血流信息是诊断乳腺癌的重要因素，而且肿瘤内的血流信息和腋窝淋巴结转移密切相关；Chen等[9]应用CDFI测得的胃癌VI值与淋巴结转移、临床预后、VEGF表达密切相关。

CDFI技术受血流速度、方向、角度等因素的影响，对大血管（直径＞100μm）的显示效果好，但对于小血管特别是微血管的显示效果不够理想。因此，CDFI技术对肿瘤大血管的评估作用较好，但对微循环的研究存在着一定的局限性。

1.2 彩色多普勒能量图 彩色多普勒能量图（color Doppler power imaging, CDPI）技术不受超声声束和血流方向的影响，所显示的血管血流连续性较CDFI要好，特别是对小血管和低流速血管的显示效果也更理想，但该技术仅能对病变组织内的血流量进行评估，不能测得血流的各项参数如Vmax、RI等。王华等[10]采用CDPI分析周围型肺占位病变血流与MVD的相关性，结果提示CDPI与MVD有很好的相关性，表明利用CDPI技术可在活体无创地判断周围型肺占位病变的血管生成状况，且CDPI观察血流是初步判断周围型肺占位病变良恶性的可靠方法。罗红缨等[11]应用CDPI技术检测膀胱癌肿瘤内血流相对灌注率及其与MVD、VEGF表达的关系，发现肿瘤内血流相对灌注率与MVD、VEGF阳性表达呈正相关，认为能量多普勒超声联合免疫组化指标可从不同角度反映膀胱癌的血管生成特征，且能客观反映膀胱癌的病理分级及浸润程度。Wang等[12]研究表明，CDPI获得的乳腺癌的高血流量与VEGF表达显著相关，CDPI检测可以间接反映乳腺癌的血管生成，并预测腋窝淋巴结的转移情况，有利于术前制订合理的手术方案和评估患者的预后。Santamaría等[13]研究表明，CDPI所探及的肿瘤内部血管状况可以预测腋窝淋巴结有无转移，但与染色切片上的MVD之间却没有明显的相关性。这可能由于肿瘤内部的血管网络分布不均匀，导致有些部位血管稀疏甚至无血管，因此无论是染色切片还是二维超声都不能全面反映肿瘤内部血管网络的分布情况，而且组织切片与二维超声之间难以保证观察平面的一致性，结果导致染色切片显示的MVD与二维超声探及的血管数目之间的相关性较低。

2 三维超声

CDFI及CDPI都只能获得某一断面肿瘤血供分布的特点，由于恶性肿瘤血管常相互交叉，扭曲重叠，因此CDFI和CDPI并不能完整显示肿瘤血管实际分布状态，甚至有时对肿瘤周边和内部血管也难以区分。联合三维超声（threedimensional ultrasound, 3D-US）技术则可以显示丰富的、多方位延伸的网状或珊瑚树状血管立体图，清晰地判断肿瘤内外的血管分布，由此获得的肿瘤血管生成信息更全面，在评价肿瘤的转移、复发、预后等生物学行为方面也更加准确。Zhou等[14]运用CDFI联合Free-hand模式3D-US技术检测喉癌的VI以预测颈部淋巴结转移，可提高超声诊断喉癌淋巴结转移的灵敏性，与现有二维超声相结合后，可显著提高超声诊断喉癌淋巴结转移的准确性、灵敏性和特异性。三维彩色血管能量成像（three-dimensional color power angiography, 3D-CPA）是近年来发展起来的以能量方式显示血管内血流的三维彩色多普勒技术，能提高信噪比，不受流速、探测角度的影响，能敏感探测恶性肿瘤血管的异常结构，还可以对超声重建后的肿瘤血管进行定量测量。另外，3D-CPA通过多切面观察和旋转可更细致地评价肿瘤内新生血管的结构特征，显示肿瘤血管的立体结构和空间位置关系，容易区分肿瘤内外血流灌注状态和血管的起止[15]。石惠杰等[16]运用3D-CPA技术对96例肝肿瘤共106个病灶的血管分型进行分析，结果显示，3D-CPA血管分型和VI＞0.30条/cm3可以作为诊断肝恶性肿瘤的指标。国内研究[17]显示3D-CPA技术能客观、立体地观测卵巢肿瘤内血管分布、形态、数量，可于术前反映肿瘤内血管生成状况，对卵巢良恶性肿瘤的术前鉴别及肿瘤恶性程度的术前评估有良好的指导意义。

由于CDPI的动态范围广，对组织的微小移动也会出现闪烁伪像，对近心、近膈部位的诊断，闪烁伪像干扰尤为明显，在三维重建后，大量伪像会严重干扰对肿瘤内部三维血管立体图的分析和判断，导致结果的偏倚。对于浅表器官的3D-CPA，最好选用三维容积探头，扫查时探头摆动速度要尽可能均匀、缓慢，避免因探头移动引起相对位置的改变而导致闪烁伪像，对较大病灶的检查，应从不同部位，采取不同角度进行多次取样，以更准确地判断肿瘤内外血管的分布。

3 对比增强超声

对比增强超声（contrast-enhanced ultrasound, CEUS）技术是一种评价微循环血流灌注的新方法[18]，能实时反映造影剂在肿瘤病灶内的动态分布过程。肿瘤新生血管的特征造成肿瘤血流灌注量明显增加，也是超声造影显像的病理学基础。CEUS能增强血液回声，弥补了多普勒对肿瘤内低速低流量血管显示的不足，可充分显示肿瘤新生血管网。CEUS诊断乳腺可疑病变的敏感性和特异性均明显高于彩色多普勒超声[19]。

CEUS通过检测造影定量参数对活体内肿瘤组织的微血管生成情况进行判定，进一步推测肿瘤的生长、浸润、转移等生物学活性。CEUS检测到的微血管虽然不是组织学上的微血管，但它的多少可以反映肿瘤组织对血供的需求量。肿瘤恶性程度越高，生长越迅速，所需血供就越多，单位体积内的血管数量也就越多，CEUS增强也就越明显。研究显示，CEUS增强强度与肿瘤MVD呈正相关，CEUS可作为评估肿瘤血管形成和生物学行为的有效方法[20]。CEUS定量参数与乳腺肿瘤MVD、VEGF表达密切相关，可有效评价乳腺肿瘤的血管生成[21]；肾细胞癌的强化程度在很大程度上受其MVD的影响，其灰阶超声造影强化程度与MVD极显著相关，可作为反映肿瘤MVD的参数[22]；原发性肝癌（hepatic cell carcinoma, HCC）的超声造影相对峰值强度、下降斜率与MVD计数相关，超声造影可在术前、活体上动态评估HCC的微血管生成情况，预测预后，并可为肿瘤分子生物学及基因治疗学研究提供有价值的信息[23]；胰腺局灶性病变MVD与CEUS峰值强度呈正相关，提示CEUS的定量指标峰值强度可很好地反映胰腺局灶性病变内的血管生成情况[24]。另外，CEUS也用于评估抗肿瘤血管生成治疗的效果，在肿瘤的形态学发生变化之前，CEUS就可以对抗肿瘤血管生成的治疗效果做出有效的评估[25,26]。

普通超声造影剂进行的超声造影可以区别正常组织与病变组织不同的血流灌注，但微泡本身对于病变组织没有亲和力，只能在短暂的动脉相中使靶器官血管显影，在多种情况下仍无法判断病变性质，属非特异性显影。超声分子成像技术（ultrasound molecular imaging）是近年来超声影像技术与现代分子生物学相互交叉、相互渗透而产生的一门新兴学科。该技术通过将目的分子特异性抗体或配体连接到声学造影剂表面构筑靶向声学造影剂，使声学造影剂主动结合到靶区，进行特异性的超声分子成像，标志着超声影像学从非特异性物理显像向特异性靶分子成像的转变。在肿瘤组织中，有大量的促进供应肿瘤生长的滋养血管生成，由于新生血管内皮细胞高表达，大量血管生长因子受体和黏附分子家族受体成为超声分子显像及治疗肿瘤的靶向作用位点。多项研究使用靶向超声微泡造影剂行肿瘤特异性显像评价肿瘤的血管生成和治疗效果[27-29]。由于靶向超声造影剂是通过特异性作用于病变区域生物分子组成成分来突出显示病变部位，使微泡选择性聚集并较长时间停留于靶组织或靶器官而产生分子水平的显影，另外，超声微泡的大小将其限定于血管腔内，观察肿瘤的血管生成时，可明显增强图像对比度[30]，因此，超声显像的敏感性和特异性得到明显提高。

4 结束语

超声具有实时、廉价、无放射线、时间和空间分辨力高等优点，从CDFI到CDPI，从二维超声到三维超声，再到CEUS，肿瘤内血流信号的探测越来越准确。虽然超声尚不能真实反映肿瘤血管生成的实际情况，也缺乏明确的、统一的量化指标，但超声可以间接反映肿瘤的MVD和血管生成相关因子的表达，推测肿瘤的生物学行为。

目前，各种超声检查技术在评价肿瘤血管生成方面还存在一定的不足，如CDFI技术受血流速度、方向、角度等因素的影响，对肿瘤大血管的评估作用较好，但对微循环的研究存在着一定的局限性；CDPI技术仅能对病变组织内的血流量进行评估，不能测得血流的各项参数而获取更多的信息；3D-CPA技术易受闪烁伪像的干扰而影响对肿瘤内部血流信息判断的准确性。CEUS技术在评价微循环血流灌注方面具有独特的优势，与彩色多普勒超声及3D-US技术的联合应用对肿瘤血管生成的评价更加全面和准确。另外，超声分子影像技术虽然刚刚起步，但在评价肿瘤血管生成方面已展示出巨大的潜力，也是今后研究的重点方向。

[1]Zee YK, O'Connor JP, Parker GJ, et al.Imaging angiogenesis of genitourinary tumors.Nat Rev Urol, 2010, 7(2):69-82.

[2]王泓, 曹铁生, 乐桂容.增强超声诊断小乳腺癌及评价血管生成活性的价值.中国医学影像技术, 2005, 21(10):1519-1521.

[3]Herbst RS, Fidler IJ.Angiogenesis and lung cancer:potential for therapy.Clin Cancer Res, 2000, 6(12):4604-4606.

[4]Zhao L, Zhan Y, Rutkowski JL, et al.Correlation between 2- and 3-dimensional assessment of tumor volume and vascular density by ultrasonography in a transgenic mouse model of mammary carcinoma.J Ultrasound Med, 2010,29(4): 587-595.

[5]Zdemir A, Kilic KO, Zdemir H, et al.Contrast enhanced power Doppler sonography in breast lesions: effect on differential diagnosis after mammography and gray scale sonography.J Ultrasound Med, 2004, 23(2): 183-195.

[6]Shigeno K, Igawa M, Shiina H, et al.Transrectal color Doppler ultrasonography for quantifying angiogenesis in prostate cancer.BJU Int, 2003, 91(3): 223-226.

[7]赵玉珍, 齐铮琴, 冯华.卵巢恶性肿瘤经阴道超声定量指标与病理微血管密度及临床分期相关研究.中国超声医学杂志, 2005, 21(12): 933-935.

[8]Okuyama N, Murakuni H, Ogata H, et al.The use of Doppler ultrasound in evaluation of breast cancer metastasis to axillary lymph nodes.Oncol Rep, 2004, 11(2): 389-393.

[9]Chen CN, Lin JJ, Lee H, et al.Association between color Doppler vascularity index, angiogenesis-related molecules,and clinical outcomes in gastric cancer.J Surg Oncol, 2009,99(7): 402-408.

[10]王华, 褚雯.周围型肺癌的彩超征象与微血管密度的相关性.中国介入影像与治疗学, 2009, 6(5): 413-416.

[11]罗红缨, 李徽, 谢艳霞.能量多普勒检测膀胱癌血流相对灌注率及其与MVD、VEGF表达的相关性.中国医学影像技术, 2009, 25(7): 1232-1234.

[12]Wang Y, Dan HJ, Fan JH, et al.Evaluation of the correlation between color power Doppler flow imaging and vascular endothelial growth factor in breast cancer.J Int Med Res,2010, 38(3): 1077-1083.

[13]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.

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

[15]Rago T, Bencivelli W, Scutari M, et al.The newly developed three-dimensional (3D) and two-dimensional(2D) thyroid ultrasound are strongly correlated, but 2D overestimates thyroid volume in the presence of nodules.J Endocrinol Invest, 2006, 29 (5): 423-426.

[16]石惠杰, 吴长君, 焦明德.三维超声彩色多普勒能量图诊断肝脏肿瘤.中国介入影像与治疗学, 2009, 6(6):501-505.

[17]张艳华, 郭存丽, 程文, 等.三维多普勒能量成像检测卵巢肿瘤及其与病理MVD、VEGF表达的相关性研究.中国医学影像技术, 2008, 24(4): 597-600.

[18]Metoki R, Moriyasu F, Kamiyama N, et al.Quantification of hepatic parenchymal blood flow by contrast ultrasonography with flash-replenishment imaging.Ultrasound Med Biol, 2006, 32(10): 1459-1466.

[19]Canmo F, Carbognin G , Casarin A, et al.Angiosonography in suspicious breast lesions with non-diagnostic FNAC:comparison with power Doppler US.Radiol Med (Torino),2006, 111(1): 61-72.

[20]Hwang M, Hariri G , Lyshchik A, et al.Correlation of quantified contrast-enhanced sonography with in vivo tumor response.J Ultrasound Med, 2010, 29(4): 597-607.

[21]Du J, Li FH, Fang H, et al.Correlation of real-time gray scale contrast-enhanced ultrasonography with microvessel density and vascular endothelial growth factor expression for assessment of angiogenesis in breast lesions.J Ultrasound Med, 2008, 27(6): 821-831.

[22]陈宇, 郝玉芝, 吴宁, 等.灰阶超声造影与肾细胞癌的血管相关性研究.中国超声医学杂志, 2008, 24(3): 260-263.

[23]黄丽萍, 唐少珊, 解丽梅, 等.原发性肝细胞癌超声造影表现与微血管密度的相关性.中国医学影像技术, 2009,25(9): 1645-1647.

[24]王丹, 唐少珊, 高金梅, 等.胰腺局灶性病变的超声造影表现及与微血管密度的相关性.中国医学影像技术,2009, 25(11): 2069-2072.

[25]Lassau N, Chebil M, Chami L, et al.Dynamic contrastenhanced ultrasonography (DCE-US): a new tool for the early evaluation of antiangiogenic treatment.Target Oncol,2010, 5(1): 53-58.

[26]Zhou J, Zheng W, Cao L, et al.Antiangiogenic tumor treatment: noninvasive monitoring with contrast pulse sequence imaging for contrast-enhanced grayscale ultrasound.Acad Radiol, 2010, 17(5): 646-651.

[27]Palmowski M, Huppert J, Ladewig G , et al.Molecular profiling of angiogenesis with targeted ultrasound imaging:early assessment of antiangiogenic therapy effects.Mol Cancer Ther, 2008, 7(1): 101-109.

[28]Willmann JK, Lutz AM, Paulmurugan R, et al.Dualtargeted contrast agent for US assessment of tumor angiogenesis in vivo.Radiology, 2008, 248(3): 936-944.

[29]Pochon S, Tardy I, Bussat P, et al.BR55: a lipopeptidebased VEGFR2-targeted ultrasound contrast agent for molecular imaging of angiogenesis.Invest Radiol, 2010,45(2): 89-95.

[30]Schmitz G.Ultrasonic imaging of molecular targets.Basic Res Cardiol, 2008, 103(2): 174-181.