三维斑点追踪成像技术对化疗药物治疗后肺癌患者左室心肌毒性的效能评价

徐中亚 郑慧 刘贝 周旺 (安徽医科大学第一附属医院超声科，安徽 合肥 230022)

培美曲塞+顺铂是一种广泛使用的化学抗癌药物，但由于其具有剂量依赖性的心脏毒性〔1〕，因此临床应用受到阻碍〔2〕。以往研究表明，约57%的化疗药物治疗的患者会出现不同程度的心肌功能损害，16%～20%的患者预后不良，最终发生充血性心力衰竭〔3〕。因此，早期检测化疗药物导致的心肌毒性是必要的，并可早期提供药物保护以预防充血性心力衰竭的发生。实时三维斑点追踪成像技术结合了三维成像和斑点跟踪技术，三维成像可以从任何空间角度提供心脏结构的实时三维图像，并评估心脏的体积和质量，从而避免了几何假设。斑点追踪通过跟踪超声窗口内的自然声反射和干涉图样来分析运动的图像处理算法，它解决了组织多普勒成像的角度依赖性。两者结合可用于分析心肌的三维空间运动，并可提供新的变形参数(应变、旋转、扭曲等)，检测心肌的功能更为准确，可作为一种测量亚临床心脏毒性的工具〔4〕。因此，本研究旨在用三维斑点追踪成像技术评估化疗药物治疗的肺癌患者左室心肌的应变及扭转的改变，为临床早期药物干预提供依据。

1 资料与方法

1.1研究对象 选择2017年12月至2019 年4月入住安徽医科大学第一附属医院呼吸内科的50例非小细胞肺癌(NSCLC)患者随访观察，其中女28例，男22例，年龄44～76〔平均(58.2±6.2)〕岁。化疗方案为培美曲塞(500 mg/m2)+顺铂(75 mg/m2)，治疗6个周期，每个周期21 d。患者均未接受其他心肌毒性药物、放疗或心脏保护措施。并排除以下患者：①瓣膜性心脏病史；②严重心律失常；③先天性心脏病史；④严重高血压；⑤既往有心力衰竭和(或)冠状动脉疾病史;⑥超声图像不清晰的患者。

1.2研究内容

1.2.1仪器与方法 使用GE ViVid E9彩色多普勒超声和2.5 MHz M5S探头，频率1.7～3.3 MHz的4V-D 容积探头。配备 Echo PAC 110在线分析软件。患者左侧卧位，心电监护，平静呼吸，采用M5S探头常规超声扫查。采用4V-D容积探头采集三维数据。分别在化疗前、化疗中(3个周期后)和化疗后(6个周期后)时测定患者常规超声参数及三维斑点追踪成像参数。

1.2.2常规超声参数 在左心室的长轴上测量舒张末期左心室内径(LVIDd)，室间隔厚度(IVSd)，舒张末期左心室后壁厚度(LVPWd)，使用改进的双平面Simpson方法测量患者的左室射血分数(LVEF)。每个参数测量3次并取平均值。

1.2.3左心室三维斑点追踪参数 将图像帧频调整为大于40%心率，并在心尖四腔心切面采集图像，让患者屏住呼吸并开启“4D”，在图像清晰的情况下，储存3个心动周期的超声图像。启动机上分析软件，通过软件自动分析，计算出左心室整体面积应变(GAS)、左心室整体纵向应变(GLS)、扭转角度峰值(TWIST)、心肌运动指数(MPI)及随之得到的17节段牛眼图〔5〕。

1.3统计分析 使用SPSS23.0软件进行单因素方差分析、LSD-t检验、多个独立样本非参数检验；绘制受试者工作特征(ROC)曲线。

2 结 果

2.1化疗前、中、后患者常规参数比较 化疗不同时间患者LVIDd、IVSd、LVPWd差异无统计学意义(P>0.05)。患者化疗后LVEF显著低于化疗前及化疗中(P<0.05)。见表1。

2.2化疗不同时间患者三维斑点追踪成像参数比较 与化疗前相比，患者化疗中及化疗后GAS、TWIST、GLS、MPI明显降低(P<0.05)。见表1。

时间常规参数LVIDd(mm)IVSd(mm)LVPWd(mm)LVEF(%)三维斑点追踪成像参数GAS(%)TWIST(°)GLS(%)MPI(%×°)化疗前43.64±1.578.64±0.857.56±0.5864.96±1.951)35.20±3.081)13.11±1.251)20.10±1.911)261.89±19.761)化疗中43.24±1.428.72±0.837.58±0.6164.42±1.8731.00±3.0811.58±1.0218.40±1.39213.09±23.70化疗后43.60±1.408.66±0.807.58±0.6463.36±1.8425.46±3.2810.37±0.2316.30±1.92171.20±40.38F值1.1270.1260.0189.300120.2868.8358.53119.63P值0.3270.8810.982<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

2.3三维斑点追踪成像参数 ROC 曲线下面积(AUC)比较 MPI、GAS、TWIST、GLS AUC分别为0.953、0.837、0.812、0.758，MPI曲线下面积最大，诊断的准确性较高。以Yoden指数计算每个应变参数的截断值，GAS 的截断值为-31.50%，敏感性为90%，特异性为68%;TWIST 的截断值为13.10%，敏感性为62%，特异性为94%; GLS的截断值为-19.50%，敏感性为58%，特异性为80%; MPI的截断值为-235.75%，敏感性为96%，特异性为90%。

图1 三维斑点追踪成像参数ROC曲线

3 讨 论

超声心动图已成为评价心肌功能障碍的首选方法。LVEF评价左室收缩功能在临床上广泛应用，然而LVEF的降低不能反映亚临床心脏收缩功能变化，参数的降低具有迟发性〔6〕。所以当LVEF在正常范围内时，心肌功能也可能已经受到影响。因此在化疗药物治疗后心脏功能障碍，LVEF在早期监测中的敏感性较低，需要新的超声技术检测早期化疗药物对心脏的毒性作用。组织多普勒成像具有角度依赖性〔7〕，所以其只能测量纵向应变及应变率即声束平行方向上的应变及应变率。三维斑点追踪成像技术无角度依赖性并且可以检测心肌各个方向上的运动。因此可使用三维斑点追踪技术，根据三维斑点追踪成像参数观察肺癌患者化疗后左室心肌运动及应变的变化。

由于心肌纤维具有多层螺旋状排列的结构特点，心肌运动具有复杂的螺旋扭转特性。同时心肌活动可以在三个方向发生：纵向、径向、环向。肌节的收缩沿着肌纤维发生，由于心肌纤维排列的结构特点，所以主动收缩只是纵向和环向的，而径向增厚不是主要现象。

由于MPI=TWIST×GLS，可同时反映心肌的扭转和纵向应变。心内膜下心肌纤维与心外膜下心肌纤维主要是纵向排列，因此主要与心脏的纵向运动相关。由于化疗药物在心肌内膜毛细血管网处的浓度较高且停留时间较长，分解产生自由基对血管内皮细胞及心肌细胞损伤较大。同时心内膜下心肌纤维对心肌缺血更敏感和脆弱，因此易受早期缺血的影响〔8〕。Wang等〔9〕的研究也表明，在临床症状和LVEF下降之前，纵向功能会早期恶化。根据螺旋心肌带理论〔10〕及既往研究结果和模型认为左心室扭转作为评价左心功能的良好指标〔11〕，也是反映收缩期功能变化的敏感指标〔12〕。心脏的扭转运动是在各层心肌纤维共同作用下产生的。左心室扭转同时受到肌节牵拉的形变程度、心肌纤维的运动角度和缩短程度及心肌收缩力和顺应性等因素的共同影响〔13〕。同时心脏扭转运动也可引起轴向和环向变形。扭转运动在心内膜下比在心外膜下更为明显〔14〕。所以心内膜下心肌纤维对扭转运动影响较大。因此，MPI检测化疗药物导致的心脏早期应变和运动的改变准确性较高、较敏感。研究的局限性：随访的样本量少，随访周期不长。没有对肺癌患者化疗药物治疗可能导致左心室局部室壁运动异常和机械不同步进一步研究。

综上所述，三维斑点追踪成像及其产生的参数可重复性强，方便、省时，可很好地了解心肌运动和应变的亚临床改变，预测肺癌患者化疗后的早期心肌损害和左心室毒性。