实时三维斑点追踪成像评价左乳腺癌放疗患者早期左室心肌应变

吴 丹，任卫东，谭雪莹，宋 光

（中国医科大学附属盛京医院超声科，辽宁 沈阳 110004）

放射治疗是乳腺癌综合治疗的重要手段之一，但同时也增加放射相关性心脏疾病的发病率，即便是低受照剂量的个体心脏暴露，也可增加心脏事件的死亡率[1]。因此，早期监测心脏在放疗期间发生的变化并采取相应的干预措施尤为重要。近年来，实时三维斑点追踪成像技术 （Real-time three-dimensional speckle tracking imaging，RT3D-STI） 的应用越来越受到科研及临床方面的关注和认可，它不仅克服了二维斑点追踪成像技术 （Two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI） 二维空间追踪的局限性，同时增加了整体及节段性面积应变等参数，在评估早期心肌应变改变的重复性及可靠性方面较2D-STI 更加优越。本研究旨在应用RT3D-STI 评价左乳腺癌放疗患者左室心肌应变的早期改变。

1 资料与方法

1.1 研究对象

收集2018 年4 月—2019 年8 月在本院乳腺癌术后进行左乳腺区（包括附近淋巴结）序贯放疗的患者，应用X 射线及电子线联合治疗，前半程采用大野三维适形放疗，后半程采用调强放疗，整个放疗持续过程为5～6 周。所有患者均为窦性心律，无明显心脏结构异常。排除标准：心脏瓣膜病（不包括老年性退变）、心包疾病、心肌病、先天性心脏病、慢性阻塞性肺部疾病和有心肌梗死病史的患者，有慢性感染、慢性肝肾功能损害和结缔组织疾病的患者，以往接受过放射治疗，放疗后患者一般状况较差，贫血，心肌酶检查异常，超声检查过程中患者心率明显异常，三维图像质量差（帧频＜25 帧），至少3 个节段追踪失落者。最终37 人纳入研究对象，年龄32～54岁，平均（44.2±6.4）岁，所有受试者对所做检查均知情同意。根据其累积接受放疗计量的不同，分为放疗前组（0 Gy）即自身对照组，放疗后组（50～56 Gy），所有患者于放疗前及放疗后0～72 h 内行超声检查。

1.2 仪器与方法

应用GE vivid E9 彩色多普勒超声诊断仪，4V-D Cardiac 矩阵探头（频率1.5～4.0 MHz），采集三维图像数据。利用EchoPAC PC 工作站（4D Auto LVQ 软件）对数据进行脱机分析。所有受检者均取左侧卧位，平静呼吸，同步记录心电图，用4V-D Cardiac 矩阵探头，在4D 模式下，同步显示标准心尖四腔心、三腔心、两腔心切面，调节扇形角度与深度，以取得最佳图像效果。进入全容积模式，嘱患者屏气，采集由6 个心动周期拼接而成的左室三维全容积动态图像，存储3～4 个连续心动周期的动态图像（帧频≥25 帧/s）待用。

将存储的三维图像导入EchoPAC PC 工作站进行脱机分析处理。进入4D Auto LVQ 模式，分别于二尖瓣环中间处及心尖心内膜处选取两个点，程序将自动勾画出心内膜和心外膜曲线，必要时通过手动调节可使描记的心内膜及心外膜界限更加准确，保证回声斑点位于追踪区域内。然后启用程序，仪器将自动分析出三维左心室舒张期容积（LVEDV）、收缩末期容积（LVESV）、左室射血分数（LVEF）、每搏输出量（SV）、心输出量（CO）、左室心肌质量（LVmass）、左室球形指数（SpI）等一般参数及左室整体纵向应变（GLS）、左室整体周向应变（GCS）、左室整体面积应变（GAS）（图1）、左室整体径向应变（GRS）等参数并记录。追踪过程中随时调整感兴趣区域范围，以保证获得满意的追踪效果。

1.3 统计学方法

应用SPSS 19.0 软件进行统计分析，所有计量资料采用均数±标准差（）表示，组间参数用配对t检验比较，应变参数间相关性用Pearson 相关性分析，以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 应用RT3D-STI 技术得到的组间一般参数比较

图1 RT3D-STI GAS 结果分析图，白色虚线代表总体峰值应变，黄色虚线代表各节段相应应变值。图1a：放疗前；图1b：放疗后。Figure 1.RT3D-STI result analysis of GAS,the white dotted line represents the overall peak strain,and the yellow dotted line represents the strain value corresponding to each segment.Figure 1a：Before radiotherapy; Figure 1b：After radiotherapy.

放疗前后组LVEDV、LVESV、SV、CO、左室舒张末期质量（EDmass）、左室收缩末期质量（ESmass）、SpI 间差异无统计学意义（P＞0.05），与放疗前组比较，放疗后组LVEF 虽在正常范围内，但是较前明显降低（（59.47±4.47） vs.（63.20±4.86），r＝2.48，P＜0.05），见表1。

2.2 应用RT3D-STI 技术得到的组间应变参数比较

与放疗前组相比，放疗后组GLS、GCS、GAS、GRS 均降低，且差异均有统计学意义（P＜0.05），其中GAS 组间差异更为显著，见表2。

2.3 应用RT3D-STI 技术得到的应变参数间相关性分析

GLS、GCS、GAS 与GRS 间具有显著相关性，相关系数分别为r＝-0.710、r＝-0.645、r＝-0.814 （P ＜0.01），GAS 与GRS 相关性最好（图2）。

2.4 应用RT3D-STI 技术得到的应变参数与LVEF间相关性分析

GLS、GCS、GAS、GRS 与LVEF 相关系数分别为r＝-0.653、r＝-0.627、r＝-0.724、r＝0.693，GAS 与LVEF相关性最好（图3）。

表1 应用RT3D-STI 技术得到的组间应变参数比较（%，）

表1 应用RT3D-STI 技术得到的组间应变参数比较（%，）

注：1：与放疗前比较，P＜0.05。

表2 应用RT3D-STI 技术得到的组间应变参数比较（%，）

表2 应用RT3D-STI 技术得到的组间应变参数比较（%，）

注：1：与放疗前比较，P＜0.05。

3 讨论

图2 RT3D-STI 应变参数间相关性散点图。图2a：GCS 与GRS 呈负相关；图2b：GAS 与GRS 呈负相关；图2c：GLS 与GRS 呈负相关。Figure 2.The scatter diagram of correlation between strain parameters of RT3D-STI.Figure 2a：GCS is negatively correlated with GRS;Figure 2b：GAS is negatively correlated with GRS; Figure 2c：GLS is negatively correlated with GRS.

放射治疗是乳腺癌患者综合治疗的重要组成部分，应用广泛。随着对其研究的不断深入，我们发现，放射线在消灭肿瘤细胞的同时，也不可避免产生了一些副作用，其中备受关注的就是“放射相关性心脏疾病”，发生率约为15%[2]。一方面其造成血管内皮损伤（毛细血管细胞及冠状动脉内皮细胞），从而导致血管壁完整性破坏，管腔不同程度阻塞，最终演变为心肌缺血，纤维化，功能受损；另一方面，受照区内血管反应性扩张，间质渗透性改变，微循环功能障碍，组织缺氧，间质增生，进一步加重心肌损害。大样本研究表明每提高1 Gy 的放射剂量，主要冠脉事件的发病率提高7.4%[3]，随着放疗技术的提高及相应保护措施的应用，心脏暴露的剂量正在逐渐降低。但多数患者还是会受到3～7 Gy 不等的照射剂量[4]。研究证实，即使在低受照剂量下，心脏仍然是不安全的，且具有较明显的剂量-效应关系，辐射暴露与不同节段心肌损伤之间有着密切而直接的关系，尤其是针对左侧胸壁照射时[4-6]。

图3 RT3D-STI 应变参数与LVEF 间相关性散点图。图3a：LVEF 与GLS 呈负相关；图3b：LVEF 与GCS 呈负相关；图3c：LVEF 与GAS 呈负相关；图3d：LVEF 与GRS 呈正相关。Figure 3.Scatter diagram of the correlation between strain parameters of RT3D-STI and LVEF; Figure 3a：LVEF is negatively correlated with GLS; Figure 3b：LVEF is negatively correlated with GCS; Figure 3c：LVEF is negatively correlated with GAS; Figure 3d：LVEF is positively correlated with GRS.

应用组织追踪法以及应变率成像等方法研究发现[7-9]，在常规二维超声检查无任何阳性发现时，左乳腺癌术后放疗患者已出现心肌缺血、损伤性变化，主要表现为早期的舒张功能下降，并随着累积放疗剂量的增加和时间的延长有加重趋势，而且距放射线越近的局部心肌损伤越显著。尽管上述技术能够早期发现心脏功能的改变，但均以组织多普勒成像为技术支持，考虑到角度依赖性，其对心肌功能的评价仍有限制。而斑点追踪成像技术恰好弥补了该项不足，王娜等[10]研究证明，2D-STI 参数可以初步反应胸部放疗后早期局部心脏功能变化的情况。由于心肌纤维排列的特殊性，心脏的运动形式极其复杂，它包括了长轴方向的纵向应变和短轴方向的径向应变及周向应变，以及心肌的旋转、扭转和扭曲，而2D-STI 由于其二维平面的空间限制性，致使心肌在三维空间内运动产生的声学斑点信息超出追踪平面以外，最终导致追踪结果的准确性下降。RT3D-STI克服了2D-STI 的空间局限性以及组织多普勒的角度依赖性，并与MRI、声纳微测量法和2D-STI 均有良好的相关性[11-13]。同时RT3D-STI 较2D-STI 多引入了面积应变，对早期的心内膜下心肌缺血更加敏感。本研究结果显示，左乳腺区累积接受50～56 Gy放射剂量后，在左室常规三维测值未发现明显异常的情况下，左室GLS、GCS、GAS、GRS 较放疗前明显降低（P＜0.05），其中GAS 的组间差异最为明显，在一定程度上说明，左室整体应变参数（尤其是GAS）在预测早期放射致心肌损伤中有一定价值，可能与面积应变主要反映的是纵向和周向应变的整合信息有关。同时通过参数间相关性分析发现，GAS 与GRS 的相关性明显高于另两个参数（（r＝-0.814） vs.（r＝-0.710、r＝-0.645），（P＜0.05）），说明GAS 的重复性较好，以心内膜为参照，心肌纤维的纵向、周向、面积位移与径向位移互为垂直，这也就解释了以GAS为标准的组内参数间应变均为负值的理论基础。GLS、GCS、GAS、GRS 与LVEF 相关系数分别为r＝-0.653、r＝-0.627、r＝-0.724、r＝0.693，GAS 与LVEF 相关性最好，在反应心脏整体泵血功能上有一定价值。在本研究中GAS 参数的变化较其他应变指标（GLS、GCS、GRS）更为显著，证实其反应心肌损伤方面更敏感，与以往研究[14-15]结果相一致。

随着对RT3D-STI 技术研究的不断深入，其优势在不断被发掘，作为评价心肌应变最先进的技术，RE3D-STI 也存在弊端和局限性[16]。患者屏气配合、空间分辨力等仍然是限制其应用及制约其准确性和重复性的主要因素。本研究样本量较小，只能做出初步分析总结，需进一步增加样本量以便得出更为精确的结论，为放疗相关性心脏疾病的基础研究、疾病发生与进展评估做出更大的贡献；另一方面，本研究主要涉及左室整体应变分析，对于局部各节段应变的进一步定量分析，以及不同放射累积计量下心肌应变的变化规律依然是接下来研究的主要方向。

综上所述，RT3D-STI 能够客观、定量评价乳腺癌患者放疗早期左室心肌应变，测量的准确性及重复性均较理想，各整体应变参数都有一定敏感性，其中GAS 变化更加显著，更具优势性。