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超声造影技术，作为一种增强显像手段被认为是超声发展史上的“第三次革命”。超声造影是在常规超声基础上，利用外周静脉注射超声造影剂，在血液中生成数以千万的小微泡，增加超声探头接收到的能量，相当于给每一根血管都画上着重号。病变部位因与正常组织结构不同，往往存在比较明显的血供差异，因此超声造影检查能更好地区分病变部位与正常组织，所获得的增强对比图像能为超声诊断医生提供更多更明确的诊断信息，从而提高病变的检出率，并对病变的良恶性进行鉴别。
文丨小厦厦
校&编丨塔卡拉玛干的白杨
造影剂又称对比剂（Contrast media），是为了增强影像观察效果而注入或服用到人体组织或器官内的化学制品，这些制品的密度高于或低于周围组织，可以使病灶组织与正常组织形成鲜明的对比，用某些成像设备显示图像提供更多的影像诊断证据，从而提高影像诊断的准确性，对病变的检出和诊断有着重要的意义，可用于血管、体腔的显示和器官排泄速度的观察。根据对应检测设备的分类，造影剂大致可分为：X射线造影剂（含CT）、磁共振成像（MRI）造影剂和超声造影剂。X线造影剂以钡剂为主，适用于食道、胃、十二指肠、小肠、结肠的单双对比剂造影检查，能及时发现上下消化道的病变；CT造影剂主要以碘造影剂为主，适用于各种血管放射学造影检查以及静脉性尿路造影和CT增强检查等；MRI造影剂以钆类造影剂为主，适用于颅内血管疾病、颈动脉狭窄、肾动脉狭窄或移植肾血管、终末期肝移植或肝癌供血动脉的检出及治疗后评估等；超声造影剂以气体微泡在血液中增强组织内微血管的显示，主要用于妇产科、心血管系统、肝脏等的造影。相较于其他成像手段，超声成像因操作简便、迅速、无创、无辐射、可连续动态及重复扫描，价格低廉且可清晰显示脏器及周围器官的各种断面等优势，在临床被广泛使用，常作为实质脏器及含液器官的首选诊断方法。超声造影（Contrast-Enhanced Ultrasound, CEUS）是继二维超声、多普勒和彩色血流成像之后的第三次超声技术革命。超声造影是在常规超声检查的基础上，通过静脉注射超声造影剂，利用超声辐照后散射回声增强的技术，增强血流的超声多普勒信号和提高超声图像的清晰度和分辨率，使血液中造影剂气体微泡增强组织内微血管的显示，能明显提高超声诊断的分辨力、敏感性和特异性，实时动态地观察正常组织和病变组织的微血管信号变化，从而提高病变的检出率并对病变进行定性，整个过程约5~8分钟左右。![]()
超声造影克服了常规超声（包括灰阶和彩色多普勒成像）的局限性，显著提高了超声诊断的敏感性和特异性，有效提高了超声诊断的准确性，扩大了超声显像的应用范围，助力实现影像学的精准诊断。目前超声造影主要用于肿瘤的诊断和了解实质脏器的血流灌注，通过对血流的定性和半定量分析，了解其生理和病理生理改变，从而对病变性质或器官功能进行判断。![]()
考虑到设备精确性及个体差异等原因，单靠设备获取的信息有限。超声造影依赖于超声造影剂，超声造影剂是一种含有直径为几微米的气泡的液体。超声造影剂的特殊重要性在于使用了气体，因为共振气体散射声波的功效较固体或液体强上千倍。微泡造影剂一般包括薄膜材料和气体两部分，目前临床常用的超声造影剂由外壳和泡内气体两部分组成，而新一代超声造影剂的微泡含有靶向基修饰的外壳，泡内含有治疗药物层等复杂结构![]()
超声造影的最大的特点在于它的实时、动态显示，可观察到病灶的整个血流灌注过程，并且可以反复观看，一帧一帧观察。这有助于医生对病灶进行鉴别诊断，发现更多更小的病灶；因无X射线辐射，即使术中也能即刻检查且在短期内可多次重复，快速、简便，实时性强，因此它更安全、在实时介入疗效方面更具实用性；超声造影的诊断准确性、敏感性高。例如，使用超声造影剂注射用六氟化硫微泡（SonoVue）后，血管中的血流更清晰，增强血管的可见度并提高超声图像的质量。![]()
超声造影剂使用剂量小，无须皮试，无辐射和肝肾毒性，安全可靠。造影剂主要经肺代谢，特别适用于肝、肾功能不全者以及肝肾器官移植或急性胰腺炎患者等。
超声造影依赖于超声造影剂（Ultrasound
contrast agent，UCA），目前的超声造影剂通常是由不同的外壳封装得到直径为1~10 μm 的微气泡（Microbubbles，MBs），外壳可增加微气泡的循环时间和耐久性，同时降低气核的释放速率。与此同时，微气泡决定超声造影剂的声学性能，而外壳材料决定其硬度和黏弹性，影响体内行为。较硬的外壳结构可防止惰性气体泄漏，使微气泡更加稳定，但外壳过于坚硬会降低回声效应；壳体较软又可能会使微气泡因微小的压力变化而破裂，导致气体泄漏。因此，应根据临床需求选择合适硬度的外壳。20世纪80年代，德国先灵公司依据空气微泡能增强造影回声推出第一代超声造影剂，当时是将空气直接形成微泡制成制剂；1992年意大利博莱科公司利用惰性气体六氟化硫形成微泡推出第二代超声造影剂，这种利用高分子低溶解性气体制成的微泡更小更均匀稳定；1994年，人白蛋白溶液与惰性气体结合的新型制剂推出，1995年氟烷类高分子量气体应用于微泡，产品得到进一步升级。六氟化硫微泡2001年就被引入中国，因此一直主导市场，2008年国内推出了全氟丙烷人血白蛋白微球注射液，但市场表现较为一般。微小气泡存在在体内出现血栓等多种潜在风险，FDA在2008年发布通告对微泡造影剂黑框警告、对禁忌症部分作出修改，强调在给予微泡药物后30分钟内，存在发生严重心肺反应的风险，需要严格监控，但FDA同时明确表明，在一些患者中通过全氟丙烷脂质微球混悬型注射剂或全氟丙烷A型蛋白微泡注射获得诊断性信息，其获益可能高于发生严重心肺反应的风险（甚至高风险）。由此可鉴，随着氟烷类产品研发和上市进程加快，未来氟烷类造影剂将在超声造影市场上有机会不断提升市场份额。同时，研究也发现，在诊断的同时，微泡具有治疗心血管疾病和靶向载药潜力，因此，未来微泡类产品还有望扩大应用领域。![]()
图5 超声造影剂电镜和荧光图像
造影剂的分代可依据微泡内包裹气体的种类对超声造影剂进行分类。第一代超声造影剂微泡内含空气，包膜一般为白蛋白或半乳糖等聚合体。第一代造影剂包括Albunex、Echo-vist（SHU-454）和Levovist（SHU-508A）；以德国先灵（Schering）利声显（Levovist）为代表，其包裹空气的壳厚、易破，谐振能力差，而且不够稳定。当气泡不破裂时，谐波很弱，而气泡破裂时谐波很丰富。所以通常采用爆破微泡的方式进行成像，利用爆破的瞬间产生强度较高的谐波；心脏应用时，采用心电触发；腹部应用时，采用手动触发。但第一代超声造影剂的物理特性包括包膜较厚，弹性差，包裹的空气易溶于水并且在血液中的扩散性很快，决定了其持续时间短，造影效果较差，从而限制了临床应用中观察和诊断的时间，目前临床已较少使用。表1 第一代超声造影剂产品的特性
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第二代超声造影剂为包裹高密度且更稳定的惰性气体（不易溶于水或血液）为主的外膜薄而柔软的气泡，粒径通常为2～5μm，经外周静脉或腔道注入后，能自由通过肺循环，到达靶器官或组织，但不能穿过血管内皮进入组织间隙。惰性气体相对分子质量较大，在血液中溶解度低、稳定性较好，可显著增强回声信号并延长造影时间。
第二代微气泡一般由磷脂或人血白蛋白为外壁，稳定时间长，振动及回波特性好，振而不破，能产生较强的谐波信号，可以获取较低噪声的实时谐波图像，这种低机械指数的声束能有效地保存脏器内的微泡不被击破，有利于有较长时间扫描各个切面，内充气体最终随呼吸排出体外。代表品种包括Optison（全氟丙烷，人血清白蛋白包裹）、Definity（全氟丙烷，磷脂包裹）、Sonovue（六氟化硫，磷脂包裹）、Sonazoid（全氟丁烷，磷脂包裹）。
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例如，目前最常用的超声造影剂是注射用六氟化硫微泡，微泡内包裹六氟化硫，主要成分为磷脂，安全无毒可降解，既不会干扰人体血液的流动，也不会在血液中融合成大气泡，没有发生气体栓塞的危险。包裹六氟化硫的脂质微泡可以轻松通过人体内最微小的毛细血管，并随着呼吸排出体外，短时间体内无六氟化硫残留，特别适用于肝、肾功能不全以及肝肾器官移植或急性胰腺炎的患者。
表2 六氟化硫和八氟丙烷脂质微泡处方对比
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第二代超声造影剂代表品种是意大利Bracco公司开发的注射用六氟化硫微泡（SonoVue），该产品于2001年03月以SonoVue为商品名在欧洲上市，2006年12月以声诺维为商品名在中国上市，2014年10月以Lumason为商品名在美国上市。注射用六氟化硫微泡用于临床诊断，在超声影像中应用该产品可以提高血液或泌尿道内液体的回声，从而提高信噪比，包括超声心动检查、大血管多普勒检查、小血管多普勒检查、泌尿道超声检查（新生儿至18岁以下儿童）。目前该品种已广泛被指南/专家共识收录，除了可用于超声心动、大血管多普勒、小血管多普勒（肝脏和乳腺病变血管）、泌尿道超声检查这些本身已批准的适应症之外，还能超适应症用于妇科等多个部位的超声造影，应用范围广。![]()
注射用六氟化硫微泡以聚乙二醇4000为亲水载体，两种磷脂和棕榈酸作为微泡壳稳定剂，微泡内部填充六氟化硫气体，以冷冻干燥法开发，其中脂质冻干粉为25mg。复溶活化后，磷脂的亲水端深入水性分散介质中，疏水头部朝向气相，棕榈酸镶嵌在磷脂分子间。与此同时，由Lantheus公司开发的八氟丙烷脂质微球注射液（Definity）于2001年07月31获FDA批准上市，同样为磷脂包裹的微泡混悬液，微泡包膜厚度约0.22 µm，直径8 µm～10 µm，该产品于2006年09月20日经欧盟EMA批准上市，商品名为Luminity。两款产品的处方组成有较多类似之处。表3 六氟化硫和八氟丙烷脂质微泡处方对比
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注射用六氟化硫微泡在使用前向小瓶内注入注射用0.9%无菌氯化钠注射液5mL，用力振摇瓶子20秒，直至冻干粉末完全分散并得到均一的白色乳状液体。每毫升复溶后的六氟化硫微泡混悬液包含1.5~5.6×108个微球，结合在微球混悬液中的六氟化硫为45μg/ml，混悬液中15%~23%的总脂质结合在微球上。复溶后的六氟化硫脂质微泡平均粒径为1.5~2.5μm，99%的微泡粒径不大于10μm，且没有超过20μm的脂质微泡。形成的脂质微泡具有较好的超声增强性，能显著地增强B型超声心动图的信号强度（持续时间超过2分钟），同时也可以显著增强大血管和小血管的多普勒信号强度（持续时间为3～8分钟）注射用六氟化硫微泡不含防腐剂，形成的微泡在小瓶内可在6个小时内保持稳定，但由于浮力作用会在放置2分钟后上升到液体表面，注射前小瓶应该上下摇动以获得均匀的悬浮液。除0.9%氯化钠注射液外，该产品不能与其它药品混合。临床剂量中六氟化硫的含量非常小，2ml微泡中含有16μL六氟化硫气体。单次静脉注射最大临床推荐剂量1倍和10倍的微泡，六氟化硫被快速清除，平均终末半衰期为12分钟；注射后2分钟内，超过80%的六氟化硫气体可以从呼出的气体中检测到；注射15分钟后，几乎所有的六氟化硫气体都已从呼出的气体中检测到。注射用六氟化硫微泡以玻璃瓶包装，配有配液穿刺器、一次性使用无菌注射器和密闭式静脉留置针。长期贮存条件为30℃以下干燥处保存，有效期为24个月。注射用六氟化硫微泡的生产工艺是先将处方量的DSPC、DPPG-Na以及棕榈酸溶解在由己烷/异丙醇/乙醇/注射用水混合而成的溶剂中，在真空下蒸发溶剂形成膨胀的干燥脂质粉末，将脂质粉末与PEG 4000按比例混合形成混合物，并以叔丁醇将混合物溶解，经0.2μm滤膜过滤灌装后冷冻干燥，再以无菌的六氟化硫气体使真空度降低至0.9bar，最终加塞轧盖出箱。注射用六氟化硫微泡FDA已发布个药指南《Draft Guidance on
Sulfur Hexafluoride Lipid-type A Microsphere》，要求进行体外研究，具体如下：粒径：≥1μm, D50和SPAN值PBE等效（95%置信区间）；第一代超声造影剂目前临床已较少使用，第二代超声造影剂应用广泛，主要搜集了第二代超声造影剂的国内外市场及国内竞争情况。随着全球各国超声造影技术的普及，超声造影剂市场需求旺盛，数据显示，2022年全球超声造影剂行业市场规模约为7.3亿美元，同比增长14.1%。预计到2027年全球微泡类超声造影剂市场将达到15亿美元以上，未来5年年复合增长率将超过25%。国内市场方面，造影剂仍然以碘类和钆类造影剂为主，核素类及氟烷微泡类目前份额较低，但增速很快。氟烷微泡造影剂中六氟化硫微泡市场更为成熟，而新型的氟烷微球目前总体份额仅占此类造影剂份额的2%，未来还有较大成长空间。2022年中国超声造影剂行业市场规模约为7.94亿元，同比增长11.8%，自2019年以来，我国超声造影剂行业市场规模开始大幅增长。在超声造影产品格局中，全球市场和国内市场均以六氟化硫微泡为主，2023年在超声造影剂中六氟化硫微泡的销售额占比高达90%以上。八氟丙烷脂质微球在国内于2022年11月上市，暂未披露相关销售数据。表4 全球超声造影剂销售额统计
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表5 国内超声造影剂销售额统计
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目前国内已有多款新型造影剂上市，既包括进口的注射用六氟化硫微泡、注射用全氟丁烷微球、八氟丙烷脂质微球注射液，也包括国内自研的注射用全氟丙烷白蛋白微球和全氟丙烷白蛋白微球注射液。尤其是国产超声造影剂，虽然是以人血白蛋白为载体，但其上市打破了国外企业对气体微球技术的垄断，对同类产品的国产化具有里程碑意义。
目前国内尚未有仿制药获批上市，且除注射用六氟化硫微泡外，其他产品均未放量销售，存在较大的成长空间，相信随着产品的推广及在院内的逐步渗透，未来的市场销售可能会有亮眼表现。表6 第二代超声造影剂国内竞争情况
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微泡超声造影剂在过去数年间取得了巨大进步，多种类型的新型造影剂为疾病的诊断和治疗带来了新希望。目前，已商业化的微泡造影剂被用于心脏、肝脏等部位疾病的早期诊断，大量临床数据证实其具有良好的安全性和有效性。但微泡造影剂还面临一些挑战，如对特定部位没有特异靶向性，即便存在被动靶向也难以通过间隙较小的肿瘤新生血管内皮细胞。因此近年开发了新一代超声造影剂，又称靶向造影剂，是在上一代造影剂基础上携载药物、基因等治疗性物质，或对微泡进行表面靶向修饰，如在微泡表面连接能特异性识别病变部位或组织的细胞所表达的特异性抗原或受体的特异性抗体或配体，或者利用亲和素-生物素桥间接将微泡与靶细胞结合，同时也可利用微泡在超声介导下的空化效应可实现微泡表面连接药物或治疗性基因的定向释放，造影剂可选择性地识别、结合靶细胞、靶组织或病变组织，真正意义上实现细胞及分子水平的靶向成像，有效提高疾病的诊疗水平。总之，微泡分子靶向诊断和空化治疗将为超声特异性诊断和靶向治疗提供新的契机，将极大地拓展超声造影剂的应用领域，为超声领域带来革命性巨变。相信随着材料化学、实验动物学等学科的发展，将会有更多的超声造影剂被开发用于疾病诊断和精准治疗。- Ignee A, Atkinson NS, Schuessler G, Dietrich CF. Ultrasound contrast agents. Endosc Ultrasound. 2016 Nov-Dec;5(6):355-362.
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