采用二维斑点追踪分层应变技术评价乳腺癌患者化疗后左心室收缩功能的变化及节段性特点

魏虹 付婷婷 陈娜 孙巧冰 孙思瑶 高睿媛 孙颖慧 商志娟 丛涛

乳腺癌是威胁女性健康的最常见恶性肿瘤之一。2020年全球癌症统计报告显示，乳腺癌首次超过肺癌成为全球发病率最高的癌症[1]。肿瘤治疗相关心功能障碍是肿瘤治疗的心脏毒性的主要表现，被定义为治疗过程中出现左心室收缩功能障碍，左心室射血分数（LVEF）降低幅度≥10%但＜50%[2]。

虽然目前LVEF仍被认为是评估左心室收缩功能的主要指标，但近年来其在诊断亚临床心肌损伤方面的局限性已众所周知。为了克服LVEF的局限性，斑点追踪技术得到了广泛的应用[3-6]。左心室整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）作为检测早期心肌损伤的有用工具，已被验证并纳入最新的肿瘤治疗相关心功能障碍共识中；即使LVEF仍在正常范围内，GLS较基线值下降＞15%，也表明存在亚临床心脏损伤[7]。分层应变技术是在二维斑点追踪成像（2D-STI）的基础上发展起来的新技术，可通过对左心室各层心肌应变进行逐层分析，更细致地评价左心室收缩功能[8]，对于检测各种心脏疾病下的心功能不全非常有效。

本研究应用二维斑点追踪分层应变技术（LS2DSTI）对乳腺癌化疗患者的左心室收缩功能进行评估，评价左心室心肌损伤分层及节段性特点，并探讨该技术在心脏毒性评估中的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

本研究为回顾性研究，初始纳入2016年1月至2018年12月在我院经组织病理学确诊为早期或局部晚期乳腺癌（Ⅰ～ⅢC期）的成年患者71例，剔除5例基础图像显示欠佳的患者后，最终纳入66例。排除标准：（1）既往有化疗、激素治疗或放射治疗史；（2）化疗前LVEF＜50%；（3）既往有心力衰竭和（或）冠心病病史，或中度及以上心脏瓣膜狭窄或反流、心律失常（心房颤动、心房扑动、频发室性或房性早搏等）和（或）心肌病病史；（4）图像不佳，无法进行斑点追踪分析。本研究已获得大连医科大学附属第一医院伦理委员会批准（批件号：PJ-KSKY-2021-269）。所有患者均签署知情同意书。

1.2 癌症治疗方案和心脏毒性监测

所有患者在乳腺癌术后1个月接受化疗。化疗方案：28例（42.4%）患者接受多柔比星（累积剂量240 mg/m2）或表柔比星（累积剂量360 mg/m2） 联合环磷酰胺治疗，序贯以多西他赛治疗（A/EC-T方案）；16例（24.2%）患者接受多柔比星或表柔比星联合环磷酰胺治疗，序贯以曲妥珠单抗和多西他赛治疗（A/EC-TH方案）；9例（13.6%）患者接受曲妥珠单抗联合多西他赛和卡铂治疗（TCbH方案）；13例（19.7%）接受环磷酰胺联合多西他赛治疗（TC方案）。32例（48.5%）患者在术后5个月（中位数）时接受放射治疗。

所有患者在化疗前（T0）及开始化疗后3个月（T3）、6个月（T6）、12个月（T12）接受超声心动图（包括常规和LS2D-STI超声心动图）及心电图检查。本研究重点评估从T0至T3（早期化疗毒性）、T6（晚期化疗毒性）、T12（晚期化疗毒性及恢复期）的心脏功能变化。

1.3 治疗前和治疗期间的二维经胸超声心动图检查

常规超声心动图检查：使用GE Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪（通用电气医疗，美国），M5S 探头，频率1.5～4.3 MHz。被检查者取左侧卧位，连接心电图，取3个心动周期，于胸骨旁及心尖部存取常规超声心动图图像，帧频＞50帧/s。测量参数包括：左心室舒张末期内径、左心室收缩末期内径、舒张末期室间隔厚度、左心室后壁厚度、LVEF（双平面法测量）、左心房容积指数、二尖瓣瓣口舒张早期峰值流速（E）与二尖瓣瓣口舒张晚期峰值流速（A）比值（E/A）、二尖瓣瓣环侧壁舒张早期速度（e'），并计算 E与e'比值（E/e'）。

LS2D-STI超声心动图检查：用EchoPAC工作站Q-analysis的2DS软件对采集的病例图像进行分析。分别于心尖四腔心、三腔心、两腔心切面,依据软件指示勾画心内膜,手动调节追踪心肌厚度,获取左心室心内膜下、中层、心外膜下心肌的纵向应变（LS），由左心室各节段收缩期峰值LS生成牛眼图。

比较各时间节点的常规超声心动图参数及左心室各层心肌LS，计算各层心肌基线（T0）LS与随访期间最小LS的差值（ΔLS）。根据目前的专家共识，LS较基线下降15%以上被认为存在亚临床心肌损伤[7]。本研究数据测量由两位从事超声心动图检查工作5年以上的医师同时进行，取两次检查的平均值作为结果。

1.4 统计学方法

应用SPSS 20.0统计软件进行数据分析。所有参数均进行正态分布检验，计量资料以均数±标准差（±s） 或中位数（P25，P75）表示，计数资料以频数及百分比表示。采用单因素重复测量方差分析，并应用事后Bonferroni检验，比较不同随访时间节点的连续变量；左心室GLS及各节段分层心肌LS的比较采用Kruskal-Wallis秩和检验。每层心肌随机选择50个节段，以组内相关系数（intra-class correlation coefficient,ICC）检验各观察者间和观察者自身测量的左心室分层心肌LS的可重复性；ICC为0.8～1.0时，表明可重复性较好。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 66例患者的基线资料（表1）

表1 66例患者的基线资料[例(%)]

66例乳腺癌患者均为女性，平均年龄为（56±9）岁（35～71岁）；95.5%为浸润性导管癌，4.5%为其他病理类型；平均心率为（73±12）次/min，平均收缩压和舒张压分别为（121±8）mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）和（77±6）mmHg；合并高血压、糖尿病、血脂异常的患者比例分别为10.6%、9.1%、9.1%。

2.2 随访期间患者的临床评价及心电图和常规超声心动图检查结果

66例患者的平均随访时间为（322±102）d。随访期间，所有患者均无心力衰竭症状；1例（1.5%）患者在T6时出现偶发室性早搏，在T12时出现频发室性早搏，其余患者的心电图无异常变化。常规超声心动图检查显示（表2），与T0相比，T6及T12时E/e'、左心房容积指数均增加，但差异均无统计学意义（P均＞0.05）；与T0相比，患者在各随访时间节点的左心室舒张末期内径均增加，但差异均无统计学意义（P均＞0.05），LVEF均明显降低（P均＜0.05）。在T3、T6、T12时，LVEF降低≥10%的患者分别有8例（12.1%）、10例（15.2%）、15例（22.7%），但这些患者的LVEF仍＞50%。

表2 各随访时间节点患者的常规超声心动图参数（±s）

表2 各随访时间节点患者的常规超声心动图参数（±s）

注：LVEDD：左心室舒张末期内径；LVESD：左心室收缩末期内径；IVSTd：舒张末期室间隔厚度；PWTd：左心室后壁厚度；LVEF：左心室射血分数；LAVI：左心房容积指数；E：二尖瓣瓣口舒张早期峰值流速；A：二尖瓣瓣口舒张晚期峰值流速；e'：二尖瓣瓣环侧壁舒张早期速度。T0：化疗前；T3、T6、T12：分别为开始化疗后3个月、6个月、12个月。与T0比较*P＜0.05。

项目T0T3T6T12Ptrend值LVEDD (mm)43.5±3.343.8±2.944.2±3.844.3±3.30.70 LVESD (mm)29.9±3.130.0±2.429.7±2.830.8±3.30.10 IVSTd (mm)8.9±1.38.8±1.28.8±1.18.8±1.00.90 PWTd (mm)8.3±1.28.5±1.18.4±0.98.6±1.00.90 LVEF (%)62.5±3.661.4±3.8*61.8±3.9*60.2±3.7*0.01 LAVI (ml/m2)24.8±1.124.8±1.225.6±1.426.0±1.20.80 E/A1.03±0.050.99±0.041.03±0.041.00±0.040.90 E/e’6.84±0.336.75±0.277.62±0.387.10±0.320.10

2.3 随访期间患者左心室分层心肌应变的变化

斑点追踪技术测量的心肌应变结果显示：与T0相比，T3时患者的左心室心内膜下、中层心肌LS及T12时心内膜下、中层、心外膜下心肌LS均明显下降（P均＜0.05），见表3。根据左心室心外膜下、中层、心内膜下心肌统计，分别有18例（27.3%）、19例（28.8%）、21例（31.8%）患者LS较基线下降＞15%，符合亚临床心肌损伤定义。

表3 各随访时间节点患者的左心室分层心肌应变（±s）

表3 各随访时间节点患者的左心室分层心肌应变（±s）

注：LS：纵向应变（取峰值）。T0：化疗前；T3、T6、T12：分别为开始化疗后3个月、6个月、12个月。与T0比较*P＜0.05。

项目T0T3T6T12左心室心外膜下心肌LS (%)-18.5±2.3-17.2±2.1-17.5±1.8-16.9±2.1*左心室中层心肌LS (%)-21.6±2.6 -19.7±2.3*-20.0±2.1-19.4±2.3*左心室心内膜下心肌LS (%)-24.1±2.9 -22.6±2.7*-23.0±2.6-22.3±2.6*

随访期间患者左心室分层心肌应变变化的典型图像见图1。

图1 随访期间患者左心室分层心肌应变变化的典型图像

2.4 随访期间患者左心室整体及各节段分层心肌应变的变化（表4）

表4 随访期间患者左心室整体及各节段分层心肌应变的变化值比较[中位数(P25,P75)]

计算左心室各层心肌ΔLS，结果显示：左心室各层心肌LS均有所下降，以心内膜下心肌ΔLS最大，但与其他两层心肌ΔLS比较差异无统计学意义（Ptrend＞0.05）；左心室各层心肌17节段比较，以左心室心尖段心内膜下心肌LS下降最显著，尤其是左心室心尖段前壁、侧壁、下壁及心尖帽心内膜下心肌，这些部位的心内膜下心肌ΔLS与心外膜下心肌ΔLS比较差异均有统计学意义（P均＜0.05）。

随访期间患者左心室各节段分层心肌应变变化的典型图像见图2。

图2 随访期间患者左心室各节段分层心肌应变变化的典型图像

2.5 左心室各层心肌应变测量结果的可重复性

各观察者间（ICC分别为0.857、0.884和0.911）及观察者自身（ICC分别为0.921、0.947和0.963）测量的左心室心内膜下、中层、心外膜下心肌LS结果可重复性均较好（均处于0.8～1.0之间）。

3 讨论

本研究的主要发现如下：（1）在接受化疗的乳腺癌患者中，多达31.8%的患者左心室收缩功能受损；更重要的是，与LVEF相比，GLS能早期识别心肌损伤，尤其是心内膜下和中层心肌LS；（2）患者在化疗早期即出现左心室心肌损伤，T12时左心室心肌损伤持续存在；（3）化疗导致的左心室室壁收缩功能下降最明显的区域似乎是左心室心内膜下心尖段。

本研究结果表明，虽然化疗期间乳腺癌患者的平均LVEF有所降低，但仍在正常范围内。事实上，与化疗前（T0）相比，T12时22.7%的患者LVEF降低≥10%，但这些患者的LVEF仍＞50%，按相关诊断标准[2]，没有患者出现肿瘤治疗相关心功能障碍。因为LVEF轻度降低实际上不会改变治疗策略，对临床的影响较小，但LVEF处于50%左右可能意味着早期心肌损伤。

患者在接受抗癌治疗后，除了早期发现和停止治疗外，目前尚缺乏针对心脏毒性的最佳治疗和（或）预防的共识,因此早期发现毒性损伤对于改善患者的预后尤为重要。Fei等[9]在95例接受蒽环类药物和曲妥珠单抗治疗的患者中发现，平均随访17个月时，20%的患者出现心脏毒性，且GLS下降和LVEF降低之间存在显著相关性；另外，与圆周或径向应变相比，LS是曲妥珠单抗治疗期间早期毒性和随后LVEF降低最敏感和最可靠的预测因子。而慢性心脏毒性的发生较为隐匿，初期患者无明显不适症状，但晚期可发生严重心力衰竭，如果此时才进行心脏治疗，可能无法令患者的心脏功能恢复正常，从而会耽误肿瘤治疗，增加死亡风险。而GLS可以预测心脏毒性的发生，让肿瘤科医师预知患者风险，提早做出决策，从而尽量避免心脏毒性的发生。

分层应变是基于2D-STI的一种更为精确的应变分析技术。通过跟踪心肌内膜、中层和外膜中稳定的声学斑点，可以计算出心肌不同分层的应变，更敏感地反映心肌收缩功能的变化。近期研究表明，在LVEF正常的情况下，心肌分层应变技术可以检测出蒽环类药物治疗后的儿童早期亚临床心功能不全[10]。Chang 等[11]的研究发现，在应用蒽环类药物的乳腺癌患者中，化疗3个周期后，左心室心内膜下及中层心肌LS即显著下降，而其余指标尚正常。动物实验也证实，阿霉素治疗后心内膜下心肌纤维化程度高于心外膜下心肌纤维化，且心内膜下的凋亡细胞多于心外膜下。本研究也发现，乳腺癌患者化疗后早期左心室心内膜下与中层心肌LS即明显下降，早于心外膜下心肌LS的下降，同时化疗期间或化疗完成后心内膜下心肌ΔLS高于其他两层心肌ΔLS，但差异无统计学意义，这可能与本研究中患者数量较少有关。

既往研究显示，在接受蒽环类药物治疗的患者中，存在局部室壁运动异常，特别是心尖节段[12]。本研究也观察到，左心室心尖段心内膜下心肌损伤最为显著。Poterucha等[13]的研究发现，左心室心尖段LS的变化与蒽环类药物的累积剂量相关。目前尚不清楚这种心肌节段功能下降的机制，潜在的机制包括：左心室心肌剪切力不同、终末循环区域的蒽环类药物暴露增加、纤维化或凋亡信号转导通路的局部激活等。

蒽环类药物是乳腺癌化疗方案的基石，其所致的心脏毒性随着药物剂量的累积而加重，心脏不可逆性损伤也随之加重。阿霉素累积剂量为300 mg/m2时，心力衰竭的发生率接近2%，但在累积剂量超过550 mg/m2时增至20%[14]。曲妥珠单抗是临床治疗人表皮生长因子受体2（HER2）阳性乳腺癌的首选药物，可以达到高效抑制肿瘤的理想效果，但在实际应用中也会有心脏毒性作用。蒽环类药物与曲妥珠单抗联合应用会增加心脏毒性的发生。有研究显示，与未接受放射治疗的乳腺癌患者相比，放射治疗后乳腺癌患者的心血管相关死亡风险增加30%[15]。而本研究中80.3%的患者应用了蒽环类药物和（或）曲妥珠单抗，且48.5%的患者接受了术后放射治疗，导致T3时左心室心内膜下、中层心肌LS以及T12时心内膜下、中层、心外膜下心肌LS较T0均显著下降（P均＜0.05）。新型抗肿瘤药物同样具有心脏毒性，如免疫检查点抑制剂。王岚等[16]对4例免疫检查点抑制剂所致心肌炎患者进行回顾分析后发现，免疫检查点抑制剂所致心肌炎常表现为心律失常及心力衰竭，且重症患者预后较差。因此，免疫检查点抑制剂也是今后需要重点关注的药物。

对于接受抗肿瘤治疗的患者，不但要评估GLS的变化，还应了解受累心肌的部位及范围。Barros等[17]的研究表明 ，蒽环类药物所致的心脏毒性最初只有局部和弥散的心肌细胞受累，随着药物剂量累积，受累心肌细胞增多，导致显著的心肌损害，最后演变为弥漫性心肌纤维化。因此，节段应变下降可能是心脏毒性的预警，可让临床医师更早了解患者的风险，提早做出决策，尽量避免心脏毒性的发生。

本研究的局限性如下：（1）受限于样本量较小，且缺乏长期随访，有待在后续研究中扩大样本量深入探讨；（2）心肌运动是复杂的，但本研究仅研究了心肌LS的变化，在后续研究中将进一步探讨径向应变、圆周应变等的变化。

总之，本研究发现，LS2D-STI可识别亚临床心肌损伤，比常规超声心动图更敏感。本研究强调，对于接受化疗的乳腺癌患者，在监测心脏功能时不仅要考虑GLS，还要留意节段应变值及分层应变值的下降，这可能是整体应变减低的信号，同时可提供病变部位及范围等信息，但其预后价值尚需进一步研究。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突