微泡超聲空化在增強微波消融對肝臟腫瘤的熱消融效應中的價值

胡志文 蕭淑宜 格桑卓瑪 金 海 董 燕 柳建華

1 廣州市第一人民醫院超聲醫學科(廣州 510180) 2 林芝市人民醫院功能科(林芝 860000)

肝細胞癌(HCC)是常見的腫瘤，是癌癥引起死亡第二大原因，盡管肝炎治療的手段已得到了很大了進步，肝細胞癌的篩查也變得廣泛，但是目前仍然只有將近40%的晚期患者只能接受緩解治療，HCC患者的生存率仍然不夠理想[1- 2]。早期不適合手術的肝細胞癌患者，局部消融治療已經被認為是一線治療方案[3]。微波消融通過介質加熱，在治療肝癌時具有更高的加熱速度和功效，然而由于“熱沉降效應”使腫瘤局部有殘留灶，即腫瘤內及外周血管的血流帶走部分熱量導致少數腫瘤細胞不能被徹底滅殺[4]。微泡增強的超聲空化可阻斷腫瘤微循環長達數小時，可應用于腫瘤治療和創傷止血等[5- 7]。本研究利用超聲空化效應阻斷腫瘤微循環血流的作用聯合微波消融的治療肝癌，并探討聯合治療的抑制腫瘤的生長、復發和轉移的療效對臨床具有極大的應用價值。

1 材料與方法

此項目已得到廣州市第一人民醫院倫理委員會的批準。

1.1 隨機分組并進行治療

介入模型24只大白兔被隨機分成4組：分別為空白對照組、單純超聲空化組、單純微波消融組、超聲空化聯合微波消融組。超聲空化為超聲空化治療儀探頭放在腫瘤區域的肝臟表面，經耳緣靜脈緩慢推注微泡造影劑，劑量為0.1 mL/kg[8]，微波造影劑推注后隨即注射生理鹽水5～10 mL使管內的造影劑全部進入血液循環；同時脈沖超聲能量以脈沖式發射，每次治療時間為5 s，兩次超聲發射之間間歇5 s，輻射肝臟5 min。微波消融為按照一次性微波消融針操作說明在手術前連接好設備并選擇好消融模式，設置好功率和時間(35周，1 min)，用生理鹽水濕潤無菌紗布后，包裹到消融針頭，用手握住，按冷卻開關、微波開關觀察循環水流是否正常、微波輸出是否正常，調整消融針，按照事先選定的角度在彩超的引導下，將消融針穿刺進入病灶部位，打開冷卻開關，再按微波開關，開始手術，手術完畢后退出消融針。超聲空化聯合微波消融為進行超聲空化治療后再進行微波消融治療。空白對照為在肝臟面注射等量生理鹽水，不給予超聲空化和微波消融治療。

1.2 超聲造影血流灌注分析

使用的是GE Logiq E9彩色多普勒超聲診斷儀、9L高頻線陣探頭，選擇進入超聲造影模式，機械指數調整為0.05，頻率59 MHz，經耳緣靜脈注入微泡造影劑，隨后注射5 mL生理鹽水沖管；使用儀器自帶的軟件進行記錄和分析，記錄在治療前后血流灌注的變化情況，記錄各組在治療前后靶區超聲造影動態影像，獲得的造影數據以DICOM格式輸出，在脫機狀態下用軟件進行分析。

1.3 溫度測量

將針式測溫儀插入超聲輻射的肝臟部位，靠近消融針尖處，在治療后對局部的溫度變化進行實時監控，測溫儀自動記錄測溫針的溫度變化，超聲空化時間為5 min，溫度記錄時間為10 min，微波消融時間為1 min，溫度記錄時間為3 min。

1.4 統計學分析

數據采用SPSS 20.0進行統計分析，計量數據以均數±標準差表示，做假設檢驗前判斷數據的正態性和方差齊性，兩獨立樣本之間的比較采用兩獨立樣本t檢驗，三組之間采用方差分析，P<0.05認為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 治療前后肝臟的超聲圖像及缺損體積變化

與治療前相比，各組治療后血流灌注出現缺損，各組治療靶向區域的平均PI值均出現下降，超聲結果顯示微波消融聯合超聲空化組肝臟血流灌注缺損最嚴重，微波消融組和聯合治療組缺損體積分別為(1.53±0.20)cm3和(1.68±0.43)cm3，兩組之間無明顯差異，具體見圖2和表1。

表1缺損體積的變化

圖2 各組治療前后肝臟的超聲圖像注：A、C、E分別為超聲空化組、微波消融組以及超聲空化聯合微波消融組治療前的圖像；B、D、F分別為超聲空化組、微波消融組以及超聲空化聯合微波消融組治療后的圖像

2.2 治療過程中的溫度變化

用針式測溫儀記錄治療過程的溫度變化，發現與微波消融組相比，超聲空化聯合消融組的溫度達平臺的時間降低(P<0.01)，且超聲空化聯合微波消融組的最高溫度也升高(P<0.01)。單純空化組與聯合組空化治療時的溫度波動差無明顯差異，具體見表2和圖3。

圖3 各組治療過程中的溫度變化注：A為單純微波消融組消融治療過程中的溫度變化，溫度隨時間緩慢升高，在消融末達到最高溫度；B為超聲空化聯合微波消融組消融治療過程中的溫度變化，在消融開始時溫度就急劇升高，最高溫度明顯比單純微波消融組高；C為空化治療時的溫度波動，單純空化組與聯合組空化治療時的溫度波動差無明顯差異。

表2各組治療過程中溫度的變化情況

3 討 論

本研究結果顯示超聲空化和微波消融均能阻斷肝臟腫瘤區域血流的充盈，且兩者聯合治療阻斷血流灌注的效果更明顯；聯合治療組超聲造影缺損體積與單獨微波消融組相比無明顯差異；微泡超聲空化效應可以有效阻斷腫瘤及周圍肝組織血流供應及促進新生腫瘤血管的損傷，明顯減少“熱沉降效應”帶來的影響。

微創介入治療已經成為肝癌治療的首選方式之一，微波消融治療由于其治療時間短、適應癥廣且可反復多次進行治療等優勢而在肝癌的臨床治療中得到了很好的推廣[9]。對于直徑在3 cm以上的肝癌，微波消融的治療效果特別明顯[10]。腫瘤的直徑大小以及腫瘤數目是影響微波消融治療肝細胞癌的的主要因素，有研究發現當腫瘤直徑過大時，微波消融治療容易出現三維漏洞，使得肝癌的消融面積不夠完全[11]，隨著技術的發展，微波消融聯合其他治療方法得到了很大的應用，如微波消融聯合肝動脈栓塞治療能夠整體提高對肝細胞癌治療的療效[12]，在微波消融前實行肝動脈栓塞化療，能夠減少血液流動的冷卻效應，進一步引起腫瘤缺血，從而增加化療藥物對腫瘤的毒性作用，并且增加腫瘤細胞對熱消融的敏感性。

單純空化治療在阻斷血流灌注上的效果不明顯，而微波消融治療明顯降低了肝臟腫瘤的血流充盈，且兩者聯合阻斷血流充盈的效果更明顯。有研究探討了微泡超聲空化對腫瘤酒精消融的增強作用[13]，發現微泡增強的超聲空化能夠顯著降低人類肝癌腫瘤裸鼠皮下移植瘤的血流灌注，而其阻斷血流灌注的機制主要是通過損毀腫瘤微血管并導致局部血腫血栓的形成[14]。本研究使用單獨的超聲空化治療VX2兔肝臟腫瘤前后用超聲監測血流充盈情況，治療后出現了不明顯的充盈降低，雖然與高文宏的研究相比效果差，但也說明了超聲空化可以在一定程度下阻斷血流的灌注。而微波消融聯合超聲空化治療后血管灌注的阻斷效應明顯高于單獨的治療，由于微波消融在治療上受腫瘤的直徑大小影響，超聲空化可以彌補微波消融的不足。

與單純微波消融組相比，超聲空化聯合微波消融組溫度達平臺時間降低，且最高溫度升高，微波消融的原理是微波作用組織時，組織自身吸收大量的微波能，使得被作用的組織內迅速產生大量的熱量，在短時間內迅速導致腫瘤高熱而凝固壞死，但由于肝臟及肝癌組織血流豐富，在微波消融治療腫瘤時容易產生“熱沉降效應”，即腫瘤內及外周血管的血流帶走部分熱量導致少數腫瘤細胞不能被徹底滅殺，如果減少肝癌及周圍肝組織的血供，降低“熱沉降效應”，則有利于提高熱消融的效率[15-18]；超聲空化效應指液體中微氣泡在超聲作用下能夠產生振蕩、膨脹、收縮等一系列動力學過程，伴隨瞬間高溫、高壓、沖擊波等能量釋放行為，超聲空化效應可以有效阻斷腫瘤及周圍肝組織血流供應及促進新生腫瘤血管的損傷，明顯減少“熱沉降效應”帶來的影響，使兩者聯合治療兔VX2肝臟腫瘤能夠在短時間內迅速升溫并達到更高的溫度，促進腫瘤組織的凝固壞死。病理染色分析也顯示微波消融組兔VX2肝臟腫瘤壞死的面積大于超聲空化治療組，而兩者聯合后促進了肝癌組織的壞死，張莉的研究也發現超聲空化能引起兔VX2腫瘤的壞死，壞死率為(32.3±8.8)%，而超聲空化聯合無水乙醇組腫瘤的壞死率升高到(56.6±16.8)%[19]，說明超聲空化聯合其它療法能促進兔VX2肝臟腫瘤的壞死。另外，超聲空化和微波消融可以促進腫瘤組織的熱凝固和降低腫瘤組織的血流灌注，但對機體的凝血功能并無明顯影響，可能是無論是微泡增強的超聲空化，還是微波消融所導致的熱凝固，能夠靶向地作用于腫瘤組織，而不對腫瘤周圍的正常組織產生嚴重的影響。

借助超聲觀察治療前后的血管灌注情況，發現微波消融治療以及聯合治療能阻止腫瘤組織中的血流灌注，微血管通透性的改變的具體機制還不明確，血管通透性的改變會出現在動脈、靜脈和毛細血管中。主要的機制之一被認為是內皮細胞細胞孔的形成以及內皮細胞之間間隙的增寬[20- 21]，這也是最早提出的機制之一，這是基于前期的研究發現當細胞和振蕩的微泡靠近時會導致細胞膜孔的形成而提出的，但是這些孔的持續時間與微血管通透性的持續時間不匹配，說明微血管通透性的改變的主要機制并不是細胞孔的形成。隨著研究的進展，大量證據表明細胞囊泡運輸是增強細胞外滲的主要途徑，有趣的是，在肌肉組織中的研究發現微泡增強的超聲可以誘導血管生成(包括動脈)[22- 25]，然而矛盾的是，這種效應最初是與毛細血管的破裂有關，并且最開始與微泡引起的炎癥反應驅動有關，引起的炎癥反應會促進骨髓源性細胞的募集并進一步促進細胞因子的產生，這些細胞因子會刺激血管的生成，同時它還能與促血管生成因子的遞送相結合共同促進缺血心肌的血運重建[26]。有研究發現高強度聚焦超聲聯合微泡可以促進對血管壁的損傷，特別是對血管內皮細胞的損傷，內皮細胞的損傷加上基底膜的暴露以及血小板的活化，在微泡的作用下可以進一步促進血栓的形成[27]。還有研究發現微泡的這種效應能被纖維蛋白原或者炎癥介質所增強[28]。然而，除了引起血栓外，超聲還可用于血栓性血管閉塞的解除[29]。總的來說，在合適的暴露條件下，超聲可以誘導一系列血管生物效應，而微泡用于診斷性造影時也應當避免這些生物效應的發生，微泡增強的超聲引起的微血管通透性改變以及血管阻塞可以應用于許多領域，如腫瘤的治療。本研究僅探討了超聲空化以及微波消融對肝臟腫瘤的效果，并未進一步探討機制，不過在以后的研究中可以對機制進行研究。