實時三維斑點追蹤成像評價左乳腺癌放療患者早期左室心肌應變

吳 丹，任衛東，譚雪瑩，宋 光

（中國醫科大學附屬盛京醫院超聲科，遼寧 沈陽 110004）

放射治療是乳腺癌綜合治療的重要手段之一，但同時也增加放射相關性心臟疾病的發病率，即便是低受照劑量的個體心臟暴露，也可增加心臟事件的死亡率[1]。因此，早期監測心臟在放療期間發生的變化并采取相應的干預措施尤為重要。近年來，實時三維斑點追蹤成像技術 （Real-time three-dimensional speckle tracking imaging，RT3D-STI） 的應用越來越受到科研及臨床方面的關注和認可，它不僅克服了二維斑點追蹤成像技術 （Two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI） 二維空間追蹤的局限性，同時增加了整體及節段性面積應變等參數，在評估早期心肌應變改變的重復性及可靠性方面較2D-STI 更加優越。本研究旨在應用RT3D-STI 評價左乳腺癌放療患者左室心肌應變的早期改變。

1 資料與方法

1.1 研究對象

收集2018 年4 月—2019 年8 月在本院乳腺癌術后進行左乳腺區（包括附近淋巴結）序貫放療的患者，應用X 射線及電子線聯合治療，前半程采用大野三維適形放療，后半程采用調強放療，整個放療持續過程為5～6 周。所有患者均為竇性心律，無明顯心臟結構異常。排除標準：心臟瓣膜病（不包括老年性退變）、心包疾病、心肌病、先天性心臟病、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、慢性肝腎功能損害和結締組織疾病的患者，以往接受過放射治療，放療后患者一般狀況較差，貧血，心肌酶檢查異常，超聲檢查過程中患者心率明顯異常，三維圖像質量差（幀頻＜25 幀），至少3 個節段追蹤失落者。最終37 人納入研究對象，年齡32～54歲，平均（44.2±6.4）歲，所有受試者對所做檢查均知情同意。根據其累積接受放療計量的不同，分為放療前組（0 Gy）即自身對照組，放療后組（50～56 Gy），所有患者于放療前及放療后0～72 h 內行超聲檢查。

1.2 儀器與方法

應用GE vivid E9 彩色多普勒超聲診斷儀，4V-D Cardiac 矩陣探頭（頻率1.5～4.0 MHz），采集三維圖像數據。利用EchoPAC PC 工作站（4D Auto LVQ 軟件）對數據進行脫機分析。所有受檢者均取左側臥位，平靜呼吸，同步記錄心電圖，用4V-D Cardiac 矩陣探頭，在4D 模式下，同步顯示標準心尖四腔心、三腔心、兩腔心切面，調節扇形角度與深度，以取得最佳圖像效果。進入全容積模式，囑患者屏氣，采集由6 個心動周期拼接而成的左室三維全容積動態圖像，存儲3～4 個連續心動周期的動態圖像（幀頻≥25 幀/s）待用。

將存儲的三維圖像導入EchoPAC PC 工作站進行脫機分析處理。進入4D Auto LVQ 模式，分別于二尖瓣環中間處及心尖心內膜處選取兩個點，程序將自動勾畫出心內膜和心外膜曲線，必要時通過手動調節可使描記的心內膜及心外膜界限更加準確，保證回聲斑點位于追蹤區域內。然后啟用程序，儀器將自動分析出三維左心室舒張期容積（LVEDV）、收縮末期容積（LVESV）、左室射血分數（LVEF）、每搏輸出量（SV）、心輸出量（CO）、左室心肌質量（LVmass）、左室球形指數（SpI）等一般參數及左室整體縱向應變（GLS）、左室整體周向應變（GCS）、左室整體面積應變（GAS）（圖1）、左室整體徑向應變（GRS）等參數并記錄。追蹤過程中隨時調整感興趣區域范圍，以保證獲得滿意的追蹤效果。

1.3 統計學方法

應用SPSS 19.0 軟件進行統計分析，所有計量資料采用均數±標準差（）表示，組間參數用配對t檢驗比較，應變參數間相關性用Pearson 相關性分析，以P＜0.05 為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 應用RT3D-STI 技術得到的組間一般參數比較

圖1 RT3D-STI GAS 結果分析圖，白色虛線代表總體峰值應變，黃色虛線代表各節段相應應變值。圖1a：放療前；圖1b：放療后。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.

放療前后組LVEDV、LVESV、SV、CO、左室舒張末期質量（EDmass）、左室收縮末期質量（ESmass）、SpI 間差異無統計學意義（P＞0.05），與放療前組比較，放療后組LVEF 雖在正常范圍內，但是較前明顯降低（（59.47±4.47） vs.（63.20±4.86），r＝2.48，P＜0.05），見表1。

2.2 應用RT3D-STI 技術得到的組間應變參數比較

與放療前組相比，放療后組GLS、GCS、GAS、GRS 均降低，且差異均有統計學意義（P＜0.05），其中GAS 組間差異更為顯著，見表2。

2.3 應用RT3D-STI 技術得到的應變參數間相關性分析

GLS、GCS、GAS 與GRS 間具有顯著相關性，相關系數分別為r＝-0.710、r＝-0.645、r＝-0.814 （P ＜0.01），GAS 與GRS 相關性最好（圖2）。

2.4 應用RT3D-STI 技術得到的應變參數與LVEF間相關性分析

GLS、GCS、GAS、GRS 與LVEF 相關系數分別為r＝-0.653、r＝-0.627、r＝-0.724、r＝0.693，GAS 與LVEF相關性最好（圖3）。

表1 應用RT3D-STI 技術得到的組間應變參數比較（%，）

表1 應用RT3D-STI 技術得到的組間應變參數比較（%，）

注：1：與放療前比較，P＜0.05。

表2 應用RT3D-STI 技術得到的組間應變參數比較（%，）

表2 應用RT3D-STI 技術得到的組間應變參數比較（%，）

注：1：與放療前比較，P＜0.05。

3 討論

圖2 RT3D-STI 應變參數間相關性散點圖。圖2a：GCS 與GRS 呈負相關；圖2b：GAS 與GRS 呈負相關；圖2c：GLS 與GRS 呈負相關。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.

放射治療是乳腺癌患者綜合治療的重要組成部分，應用廣泛。隨著對其研究的不斷深入，我們發現，放射線在消滅腫瘤細胞的同時，也不可避免產生了一些副作用，其中備受關注的就是“放射相關性心臟疾病”，發生率約為15%[2]。一方面其造成血管內皮損傷（毛細血管細胞及冠狀動脈內皮細胞），從而導致血管壁完整性破壞，管腔不同程度阻塞，最終演變為心肌缺血，纖維化，功能受損；另一方面，受照區內血管反應性擴張，間質滲透性改變，微循環功能障礙，組織缺氧，間質增生，進一步加重心肌損害。大樣本研究表明每提高1 Gy 的放射劑量，主要冠脈事件的發病率提高7.4%[3]，隨著放療技術的提高及相應保護措施的應用，心臟暴露的劑量正在逐漸降低。但多數患者還是會受到3～7 Gy 不等的照射劑量[4]。研究證實，即使在低受照劑量下，心臟仍然是不安全的，且具有較明顯的劑量-效應關系，輻射暴露與不同節段心肌損傷之間有著密切而直接的關系，尤其是針對左側胸壁照射時[4-6]。

圖3 RT3D-STI 應變參數與LVEF 間相關性散點圖。圖3a：LVEF 與GLS 呈負相關；圖3b：LVEF 與GCS 呈負相關；圖3c：LVEF 與GAS 呈負相關；圖3d：LVEF 與GRS 呈正相關。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.

應用組織追蹤法以及應變率成像等方法研究發現[7-9]，在常規二維超聲檢查無任何陽性發現時，左乳腺癌術后放療患者已出現心肌缺血、損傷性變化，主要表現為早期的舒張功能下降，并隨著累積放療劑量的增加和時間的延長有加重趨勢，而且距放射線越近的局部心肌損傷越顯著。盡管上述技術能夠早期發現心臟功能的改變，但均以組織多普勒成像為技術支持，考慮到角度依賴性，其對心肌功能的評價仍有限制。而斑點追蹤成像技術恰好彌補了該項不足，王娜等[10]研究證明，2D-STI 參數可以初步反應胸部放療后早期局部心臟功能變化的情況。由于心肌纖維排列的特殊性，心臟的運動形式極其復雜，它包括了長軸方向的縱向應變和短軸方向的徑向應變及周向應變，以及心肌的旋轉、扭轉和扭曲，而2D-STI 由于其二維平面的空間限制性，致使心肌在三維空間內運動產生的聲學斑點信息超出追蹤平面以外，最終導致追蹤結果的準確性下降。RT3D-STI克服了2D-STI 的空間局限性以及組織多普勒的角度依賴性，并與MRI、聲納微測量法和2D-STI 均有良好的相關性[11-13]。同時RT3D-STI 較2D-STI 多引入了面積應變，對早期的心內膜下心肌缺血更加敏感。本研究結果顯示，左乳腺區累積接受50～56 Gy放射劑量后，在左室常規三維測值未發現明顯異常的情況下，左室GLS、GCS、GAS、GRS 較放療前明顯降低（P＜0.05），其中GAS 的組間差異最為明顯，在一定程度上說明，左室整體應變參數（尤其是GAS）在預測早期放射致心肌損傷中有一定價值，可能與面積應變主要反映的是縱向和周向應變的整合信息有關。同時通過參數間相關性分析發現，GAS 與GRS 的相關性明顯高于另兩個參數（（r＝-0.814） vs.（r＝-0.710、r＝-0.645），（P＜0.05）），說明GAS 的重復性較好，以心內膜為參照，心肌纖維的縱向、周向、面積位移與徑向位移互為垂直，這也就解釋了以GAS為標準的組內參數間應變均為負值的理論基礎。GLS、GCS、GAS、GRS 與LVEF 相關系數分別為r＝-0.653、r＝-0.627、r＝-0.724、r＝0.693，GAS 與LVEF 相關性最好，在反應心臟整體泵血功能上有一定價值。在本研究中GAS 參數的變化較其他應變指標（GLS、GCS、GRS）更為顯著，證實其反應心肌損傷方面更敏感，與以往研究[14-15]結果相一致。

隨著對RT3D-STI 技術研究的不斷深入，其優勢在不斷被發掘，作為評價心肌應變最先進的技術，RE3D-STI 也存在弊端和局限性[16]。患者屏氣配合、空間分辨力等仍然是限制其應用及制約其準確性和重復性的主要因素。本研究樣本量較小，只能做出初步分析總結，需進一步增加樣本量以便得出更為精確的結論，為放療相關性心臟疾病的基礎研究、疾病發生與進展評估做出更大的貢獻；另一方面，本研究主要涉及左室整體應變分析，對于局部各節段應變的進一步定量分析，以及不同放射累積計量下心肌應變的變化規律依然是接下來研究的主要方向。

綜上所述，RT3D-STI 能夠客觀、定量評價乳腺癌患者放療早期左室心肌應變，測量的準確性及重復性均較理想，各整體應變參數都有一定敏感性，其中GAS 變化更加顯著，更具優勢性。