回声跟踪技术评价头颈部放疗后颈动脉弹性改变

孙 健SUN Jian赵东利ZHAO Dongli阮骊韬RUAN Litao 商 静SHANG Jing杨艳秋YANG Yanqiu 党 莹DANG Ying

作者单位1.西安交通大学第一附属医院超声科 陕西西安 7100612.西安市雁塔区鱼化寨社区卫生服务中心超声科 陕西西安 7100773.西安交通大学第一附属医院肿瘤放疗科陕西西安 710061

回声跟踪技术评价头颈部放疗后颈动脉弹性改变

孙 健1，2SUN Jian赵东利3ZHAO Dongli阮骊韬1RUAN Litao 商 静1SHANG Jing杨艳秋1YANG Yanqiu 党 莹1DANG Ying

作者单位
1.西安交通大学第一附属医院超声科 陕西西安 710061
2.西安市雁塔区鱼化寨社区卫生服务中心超声科 陕西西安 710077
3.西安交通大学第一附属医院肿瘤放疗科
陕西西安 710061

Department of Ultrasound， the First Affliated Hospital of Xi'an Jiao Tong University， Xi'an 710061， China

Address Correspondence to: RUAN Litao E-mail: ruanlitao@163.com

国家自然科学基金项目（81171355）。

R73；R730.41

2016-01-10

中国医学影像学杂志

2016年 第24卷 第6期：414-418

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 （6）: 414-418

目的 探讨血管回声跟踪（ET）技术动态评价颈部放疗对颈动脉弹性功能的影响。资料与方法 检测32例头颈部肿瘤患者放疗前（A组）、放疗后（整个疗程放疗结束后）1～5 d（B组）和其中16例放疗后3个月（C组）的颈总动脉超声检测数据：硬化参数（β）、弹性系数（Ep）、顺应性（AC）、增大指数（AI）、单点脉搏波传导速度（PWVβ）及内中膜厚度（IMT）。结果 B组与A组比较，β（7.53±3.02对6.25±2.34）、Ep［（94.53±41.76）kPa对（80.16±35.19）kPa］、PWVβ ［（5.88±1.41）m/s对（5.46±1.20）m/s］均升高，AC ［（0.83±0.37）mm2/kPa对（0.99±0.37）mm2/kPa］降低，差异有统计学意义（P＜0.05），AI、IMT两组之间差异无统计学意义（P＞0.05）。C组与B组相同病例比较，β、Ep、AC、AI、PWVβ、IMT两组之间差异均无统计学意义（P＞0.05）。 C组与A组相同病例比较，β（6.96±2.76对5.13±1.61）、Ep［（81.56± 42.81）kPa对（69.50±28.22）kPa］、PWVβ［（5.39±1.41）m/s对（5.02±1.04） m/s］、IMT［（0.70±0.21 ）mm对（0.63±0.15）mm］均升高，AC［（0.97±0.35） mm2/kPa对（1.12±0.26） mm2/kPa］降低，差异有统计学意义（P＜0.05），AI两组之间差异无统计学意义（P＞0.05）。结论 头颈部肿瘤患者放射治疗早期即可发生动脉弹性功能改变，3个月后损伤持续存在，但未继续加重。血管形态学主要参数IMT于放疗后3个月增厚，晚于ET参数改变。ET技术能够早期评价头颈部肿瘤患者放射治疗后的颈总动脉弹性功能损伤。

头颈部肿瘤；放射治疗；超声检查，多普勒，彩色；血管回声跟踪技术；颈动脉；弹性

放射治疗（简称放疗）是头颈部恶性肿瘤的重要治疗方法之一，但放疗在治疗肿瘤的同时，会对正常组织产生损伤，导致颈动脉损伤等多种严重并发症。放疗患者颈动脉狭窄＞50%的发生率明显高于无放疗史患者［1-2］。对放疗结束后满3年的患者和诊断为鼻咽癌且尚未接受过任何化疗或放疗患者进行对照研究，结果表明放疗组患者发生血管狭窄的情况比对照组更加明显和普遍，证明放疗对血管的损伤长期存在［3］。关于放疗对血管的损伤，诸多报道均以血管形态学改变为研究目标，多依赖于颈动脉内径、内中膜厚度（intima-media thickness，IMT）的测量［4］，这些测量数据只有在颈动脉已发生器质性改变后才出现差异，而血管功能的改变早于形态学的改变，监测血管功能对血管疾病的预防具有更大的价值。超声血管回声跟踪（echo-tracking，ET）技术是一种无损伤检测血管功能的工具［5-6］。放疗早期血管损伤已经存在［7-8］。利用ET技术动态观察放疗后血管功能损伤的变化，了解放疗对血管早期的损伤情况以及放疗结束后血管损伤恢复情况，这样会更有利于指导临床治疗，减少放疗患者血管并发症的发生，提高患者的生存质量。为此，本研究应用ET技术动态评价头颈部放疗患者颈动脉弹性功能改变情况并进行定量分析，为临床早期预防颈部放疗引起的颈动脉损伤提供可靠依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选择2013年9月－2014年9月西安交通大学第一附属医院接受头颈部放疗的患者32例，其中男20例，女12例；年龄13～73岁，平均（47.7±16.0）岁；鼻咽癌9例，淋巴瘤9例，喉癌3例，腮腺癌2例，颈部转移癌3例，下颌恶性混合瘤1例，口咽癌1例，下咽癌1例，舌根癌1例，上颌窦鳞癌1例，上皮样血管肉瘤1例。所有患者入组前从未接受过放疗。患者放疗剂量为每周5次，每次2 Gy，进行连续放疗，总剂量为32～70 Gy，平均（54.1±8.2）Gy。

1.2 仪器与方法 采用Aloka α7彩色多普勒超声诊断仪，探头为5～14 MHz高频线阵探头，该仪器采用ET技术并配备数字化图像管理系统，能够在B/M模式下实时跟踪并记录血管前后壁的运动轨迹，自动计算并显示血管内径的变化曲线。记录放疗前（A组）、放疗后（整个疗程放疗结束后）1～5 d（B组）及放疗后3个月（C组）患者颈总动脉超声检测参数。患者检查前休息20 min，用水银血压计测量3次患者肱动脉血压，取平均值。嘱患者平躺，头后仰并偏向检查部位对侧，使颈部充分暴露。自颈总动脉起始处至颈内、外动脉分叉上2 cm，进行横切和纵切扫查，观察血管走行是否纡曲，有无斑块及狭窄，血管内中膜厚度及血流充盈情况。选择颈动脉窦近心端1.5～2.0 cm，血管走行较平直处，清晰显示血管内中膜并进行3次IMT测量，取其均值为IMT样本值。

ET检查方法：连接肢体导联心电图，选择B/M操作模式，显示颈总动脉长轴，选择中上段为取样区，调节M型取样线角度，使之与颈总动脉壁垂直，以获取最佳图像。将取样门分别置于颈总动脉前、后壁的内中膜交界处（图1A），启动ET技术，连续获取10个以上心动周期的颈总动脉内径变化曲线并存储，输入血压测量值，选择其中5～8个平稳波形进行分析，系统自动计算并显示与动脉弹性功能相关的5项参数（ET参数）：硬化参数（stiffness parameter，β）、弹性系数（pressure-strain elasticity modulus，Ep）、顺应性（arterial compliance，AC）、增大指数（augmentation index，AI）及单点脉搏波传导速度（one-point pulse wave velocity，PWVβ）。此5项参数均进行左、右侧各3次检测并取这6次测量值的平均值作为样本值（图1B～D）。

图1 男，60岁，喉癌。取样门位置及颈总动脉放疗前后ET参数检测。A. ET技术取样门位置及跟踪曲线；B.放疗前颈总动脉ET参数检测；C.放疗后颈总动脉ET参数检测；D.放疗后3个月颈总动脉ET参数检测

本研究由同一操作者完成，使用同一台仪器对所有病例进行数据测量，方法统一。为了保证测量的一致性，同一病例在放疗前后取相同的测量位置，即测量位置均选择颈动脉窦近心端1.5～2.0 cm，血管走行较平直处。

1.3 统计学方法 采用SPSS 13.0软件，计量资料组间两两比较采用t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

B组与A组比较，β、Ep、PWVβ均升高，AC降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；AI、IMT比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

以16例相同病例为样本，放疗后3个月、放疗后1～5 d分别与放疗前颈总动脉各参数进行比较，结果见表2。放疗后3个月与放疗后1～5 d比较，各项参数差异均无统计学意义（P＞0.05）。放疗后3个月与与放疗前比较β、Ep、PWVβ、IMT均升高，AC降低，差异有统计学意义（P＜0.05）。

表1 放疗前后颈总动脉各参数比较（n=32）

表2 放疗后3个月、放疗后1～5 d 分别与放疗前颈总动脉各参数比较（n=16）

3 讨论

放疗是头颈部肿瘤患者的重要治疗方法之一，患者在接受治疗时，颈动脉通常被包括在放疗范围内，放疗后发生放射性颈动脉损伤多有报道。放疗性血管损伤和非放疗性血管性疾病的主要区别在于放疗性血管损伤在放疗野内的大小动脉均受损伤，放疗野外的血管正常。Bitzer等［9］认为，放射性照射后血管狭窄的病理生理机制是受累血管发生内膜纤维性增生，内膜出现泡沫细胞及广泛的肌内膜细胞增殖。射线加速了动脉粥样硬化的进程，滋养血管闭塞引起管壁缺血是放疗后引起血管狭窄的间接作用机制。Sugihara等［10］研究发现，放疗后动脉血管内皮细胞一氧化氮合成酶表达明显降低，但电镜扫描显示内皮细胞形态完整。一氧化氮合成酶表达缺失致血管松弛机制受损是血管功能异常的主要原因，同时局部血流降低有利于栓子形成。血管放疗性损伤的离子化效应机制包括血管直接损伤导致的内膜增生、中膜坏死和纤维化［11］。

血管内皮细胞功能障碍常发生于无任何可见的IMT增厚之前，是动脉硬化的早期表现之一［12］。既往临床多将超声测量颈总动脉IMT作为诊断动脉硬化的主要参考指标，但IMT只能反映动脉壁的结构形态变化，无法反映内皮细胞早期功能受损所致的动脉弹性功能下降［13］。ET技术是一种对动脉血管弹性功能进行检测和评估的方法［7， 14］，其工作原理是基于相位轨迹跟踪法，借助血管壁回声信号的振幅和相位信息，可对血管壁的位移进行高精度测量，对动脉内膜的运动轨迹进行跟踪和记录，结合血压测值完成对血流动力学的量化分析，从而得到血管弹性功能5项指标（ET参数）：β、Ep、AC、AI及PWVβ。各参数计算公式及意义如下［15］：①β=ln（Ps/Pd）/［（Ds－Dd）/Dd］，其中，Ps：动脉收缩压，Pd：动脉舒张压，Ds：收缩期最大内径，Dd：舒张期最小内径。β代表动脉血管的硬化程度，发生动脉硬化时，该数值升高。②Ep（kPa）= （Ps－Pd）/［（Ds－Dd）/Dd］。Ep代表动脉血管的弹性，血管弹性越强，Ep越小，故发生动脉硬化时，该数值升高。由于β取用收缩压与舒张压比值的自然对数值，故相对于Ep而言，血压的瞬态变化对β影响较小，对Ep的影响较大。③AC（mm2/kPa）=π（Ds2－Dd2）/［4（Ps－Pd）］。AC的含义是将血管视作中空结构，在给定脉压差下，动脉内腔面积发生的绝对增量。 发生动脉硬化时，该数值降低。④AI用百分比表示，即AI（%）=（ΔP/ PP）×100，其中，ΔP为收缩期血压最大值与外向脉搏波和反向折返波重合位置血压值之差，PP为整个脉搏波的振幅。AI通常用来衡量折返波效应，是衡量主动

其中，ρ为血液密度（1050 kg/m3）。PWVβ可以反映大动脉僵硬度，动脉硬化时该参数值增高。

本研究部分结果与文献［8］相同，即头颈部放疗患者放疗后比放疗前，其颈动脉弹性功能指标中β、Ep、PWVβ均升高，AC降低，且差异均有统计学意义（P＜0.05），但AI差异无统计学意义（P＞0.05），表明放疗后早期即可出现血管功能损伤，同时，血管形态学的主要参数IMT并无明显的变化。这一结果支持ET可以准确监测放疗后血管弹性功能的变化。

本研究中AI的取值出现标准差大于均值，AI检测结果不稳定，波动性较大，AI在各组间无显著差异，其可能的原因是，本文的研究对象年龄跨度非常大（13～73岁）。传统上，依据脉搏波的曲线进行AI测量。折返波的快慢代表了血管顺应性的高低，顺应性越高，折返波返回滞后时间延长，前向波和反向折返波重合位置趋向发生在舒张期，即收缩峰之后，AI取值趋向负值方向；顺应性越差，折返波返回滞后时间缩短，前向波和反向折返波重合位置趋向发生在收缩期，即收缩峰之前，AI取值趋向正值方向，文献［16］和本研究的样本值均验证了这一点。年龄小于25岁的患者其AI值趋于负值，且年龄越小，取负值的AI绝对值越大。年龄大于25岁的患者其AI取值趋于取正值，且年龄越大，AI值越大此外，文献［16］中AI的取值均采用正数，随着年龄的增加，AI的取值由大变小再变大，这与本研究中AI的绝对值完全相符。由于研究对象年龄跨度大，导致AI取值变化范围很大，故AI的标准差大于均值。文献［16］也指出，AI值各年龄组间标准差过大，且与其他ET参数间相关性差，变化趋势缺乏一致性，表明AI的应用价值有待进一步深入研究。

本研究结果表明，放疗后3个月与放疗刚结束比较，颈动脉弹性功能参数β、Ep、AC、AI、PWVβ均未发生显著改变。放疗后3个月与放疗前比较，β、Ep、AC、PWVβ均发生了显著改变，而AI未发生显著改变，表明放疗造成的血管功能损伤放疗后3个月依然存在，但未继续加重。

IMT是诊断动脉粥样硬化的重要参考指标。文献［17］脉弹性的一个间接指标。血管弹性减退会导致整个脉搏波的振幅减小，即PP值减小，从而使得AI绝对值增大。因此，发生动脉硬化时，AI值增大。⑤ET技术采用PWVβ替代经典的脉搏波传导速度（pulse wave velocity，PWV）。PWVβ是由β和水锤理论推导而来的［15］，具体计算公式为：指出放疗后的时间是IMT增厚的主要相关因素（P=0.008）。Muzaffar等［18］研究显示，放疗后1年比放疗前颈动脉IMT明显增厚，放疗后2年比放疗后1年更有所增厚，差异有统计学意义。本研究结果显示，颈总动脉IMT在放疗后3个月与放疗刚结束比较，差异无统计学意义（P＜0.05）；但在放疗后3个月与放疗前比较，差异有统计学意义（P＜0.05），表明放疗刚结束颈动脉尚未发生形态学改变，但放疗后3个月比放疗前颈总动脉IMT增厚，即出现了形态学改变。这一结果表明，放疗导致的IMT增厚相对弹性功能的改变发生较晚，且放疗导致的IMT增厚可以更早发生在放疗后3个月。

总之，ET是一种可行的早期检测血管功能损伤的方法，由于无创、经济，可以较早发现放疗后大动脉损伤，在早期预防以及临床干预监测中发挥重要作用。

本研究的局限性为：①样本流失过大，从放疗前的32例到放疗后3个月的16例。这是因为本研究对象均为肿瘤患者，治疗结束后，部分患者由于病情发展而放弃复查和继续治疗，还有部分患者因病情得到有效控制，未出现明显的不适，因而未能按时复查，从而导致失访率较高。②观察时间跨度略显不足，如果能观察到放疗后半年和放疗后1年的数据，则参考价值更高。

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（本文编辑 张建军）

Assessment of Carotid Artery Elasticity After Head and Neck Radiation Therapy Using Echo-tracking Technique

Purpose To evaluate the carotid artery elasticity change using echo-tracking （ET） technique in patients with head and neck radiation therapy. Materials and Methods Thirty-two patents were divided into three groups based on the courses of radiation therapy: group A: before radiation； group B: after the radiation； group C: three months after the initiation of radiation therapy in 16 subjects. Elasticity parameters such as stiffness （β），pressure-strain elasticity modulus （Ep）， arterial compliance （AC）， augmentation index （AI），one-point pulse wave velocity （PWVβ） and intima-media thickness （IMT） of carotid artery were measured. Results The β （7.53±3.02 vs. 6.25±2.34）， Ep ［（94.53±41.76） kPa vs. （80.16±35.19） kPa］， PWVβ ［（5.88±1.41） m/s vs. （5.46±1.20） m/s］ of group B were higher than those in group A （all with P＜0.05）. The AC ［（0.83±0.37） mm2/kPa vs. （0.99±0.37） mm2/kPa］ of group B was lower than that in group A （P＜0.05）. There were no statistical differences in AI and IMT among group B and group A （P＞0.05）. There was no significant difference between group C and group B in β， Ep， AC， AI， PWVβ and IMT （P＞0.05）. Compared with group A， β （6.96±2.76 vs. 5.13±1.61）， Ep ［（81.56±42.81） kPa vs. （69.50±28.22） kPa］， PWVβ ［（5.39±1.41） m/s vs. （5.02±1.04） m/s］， IMT［（0.70±0.21） mm ） （0.63±0.15） mm］ were all higher but AC ［（0.97±0.35） mm2/kPa）vs.（1.12±0.26） mm2/kPa］ was lower in group C （P＜0.05）. There were no statistical differences in AI between group C and group A （P＞0.05）. Conclusion The damage of carotid artery elasticity is found in early stage in patients with head and neck radiation therapy and continued for three month. Main parameters of vascular morphology IMT thickening occurred three months after radiation therapy， later than ET parameters change. ET technique is a useful method to provide accurate quantitative measurement of carotid artery elasticity in these patients.

Head and neck neoplasms； Radiotherapy； Ultrasonography， Doppler， color；Vascularecho-tracking technique； Carotid arteries； Elasticity

阮骊韬

2015-11-03

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.06.004