三维斑点追踪整体面积应变是乳腺癌蒽环类药物化疗患者早期心肌受损的良好预测指标

陈剑琼，孙国平，吴芳芳，王 玲

心脏毒性是蒽环类化疗药物常见的副作用。组织学检查已证实了心脏毒性的病理改变，近年来影像学检查也显示当血管造影发现收缩异常的节段超过左室全部节段的10%时，将出现左室射血分数(LVEF)的下降[1]。这时传统超声心动图通过二维观察及LVEF测量，可以有效评定心脏功能状态。然而，临床上LVEF正常的患者也经常被发现血清高敏肌钙蛋白T(high-sensitivity cardiac troponin T,Hs-cTnT)明显增高，尽管多数仍处于正常值范围内。这表明LVEF 在判断心肌早期损害的准确性和敏感性方面有很大的局限性，如何能够更早更敏感地检测出局部缺血心肌，已成为近年来临床研究热点。心脏三维斑点追踪技术已被用于发现与化疗有关的心脏毒性，三维应变参数对于诊断蒽环类药物治疗乳腺癌患者心脏毒性具有潜在优越性，但哪种应变参数最有效尚未可知[2-3]。该研究应用心脏三维斑点追踪技术观察乳腺癌患者化疗周期中蒽环类药物化疗前、后及Hs-cTnT浓度升高2倍时左室各应变参数的变化并分析左室应变参数对于早期心肌损害的预测价值。

1 材料与方法

1.1病例资料收集2014年8月～2017年5月间安徽医科大学第一附属医院89例经病理证实的乳腺癌术后女性患者，年龄31～68(49.25±8.18)岁，纳入本次研究。化疗期间，4例患者因严重化疗反应放弃治疗，2例左乳切除患者因图像质量差而排除，最终83例无心衰症状体征的患者完成化疗周期的研究。通过病史、体检、心电图及超声心动图检查确定入选资格。排除标准：已确定的冠心病和既往有心肌梗塞、原发性心肌病、先天性心脏病、高血压病、高脂血症、糖尿病、二维超声心动图显示室壁运动异常、心律失常、人工瓣膜或起搏器置入术后、化疗前超声心动图EF<50%、中重度瓣膜狭窄或关闭不全、采用了心脏药物治疗、超声图像质量较差、ECG显示QRS 增宽。所有患者接受6或8个周期表柔比星+环磷酰胺为主的化疗方案。

1.2方法

1.2.1标准二维和多普勒超声心动图检查 所有患者取左侧卧位，连接三导联心电图。使用美国GE公司Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪，选用M5S 单晶体探头，探头频率1.7～3.3 MHz。于标准的胸骨旁左室长轴切面采用M型测量舒张期室间隔厚度(IVSd)、舒张期左室后壁厚度 (LVESV)；取心尖四腔心和两腔心切面，采用辛普森法测量左室舒张末容量(LVEDV)、左室收缩末容量 (LVESV)、左室短轴缩短率(LVFS)和左室射血分数(LVEF)；在心尖四腔心切面上，将脉冲多普勒取样容积置于二尖瓣瓣尖水平，测量二尖瓣舒张早期峰值流速E峰、舒张晚期血流速度A峰和E/A比值，测量数据均取三次数据的平均值。

1.2.2三维斑点追踪技术(3D-STE) 数据集以数字形式存储在原始数据中，并在配备有商业可用软件(4D Auto LVQ软件，GE Healthcare)的内置工作站(Echopac PC，110.1.1，GE Healthcare)中进行处理，用于3D-STE的脱机量化分析。首先，为了获得3D数据集，激活“4D Auto LVQ”模式，扫描多个扇区并自动整合到覆盖整个左心室的广角金字塔数据图像中。在当前的系统中，每个扇区图像的体积率被设置为大约30 Hz或更多。心尖2腔心、4腔心和3个短轴水平的三维数据显示为多平面的重建图像，接下来，通过全自动追踪识别心内膜和心外膜边界。必要时，需要在二维截面的基础上进行验证和手动调整。该软件进一步自动将左心室分为17个节段，用于评估局部心肌变形的大小和时间。最后，自动计算和报告纵向、周向和径向空间方向的左心室整体和区域应变，并获得整体面积应变(global area strain,GAS)、整体长轴应变(global longitudinal strain，GLS)、整体圆周应变(global circumferential strain，GCS) 和整体径向应变(global radial strain，GRS)。

1.2.3血清Hs-cTnT Hs-cTnT检测在蒽环类化疗前24 h内和化疗中期(第3或4周期)、化疗结束时(第6或第8周期) 4～6 h内进行。通过荧光免疫测定分析仪(瑞士罗氏cobas E601电化学发光免疫分析仪)测定肌钙蛋白浓度，单位为ng/ml，最低检测浓度0.003 ng/ml,99%百分位数<0.014 ng/ml。

2 结果

2.1化疗前、化疗中期、化疗结束时超声心动图参数及Hs-cTnT对照分析化疗前至化疗周期结束Hs-cTnT浓度尽管仍在正常值范围，但测值依次明显增高(P<0.05)，GAS、GCS、GLS、E/A比值也都依次轻度增高 (P<0.05)，而GRS、LVESV、LVEDV、LVEF化疗中期、化疗结束时与化疗前之间差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 患者不同化疗阶段超声心动图参数及Hs-cTnT对照分析

与化疗前比较：*P<0.05,**P<0.01；与化疗中期比较：#P<0.05,##P<0.01

2.2超声心动图参数与Hs-cTnT浓度的相关性分析Pearson相关性分析显示：GLS、 GCS、 GRS及LVEF与血清Hs-cTnT浓度间未显示明显相关性(r=0.09,P>0.05；r=0.02,P>0.05；r=0.07,P>0.05；r=0.13,P>0.05)，只有GAS与血清Hs-cTnT浓度呈明显负相关性(r=-0.34,P<0.000 1)。

2.33D-STI总体应变参数ROC分析当使用超声心动图参数的ROC分析来区分蒽环类化疗后与化疗前的变化时，GAS、GLS、GCS、GRS和LVEF曲线下面积(areas under receiver operating characteristic curve，AUC)分别为0.93(0.88～0.98)、0.77(0.69～0.85)、0.70(0.61～0.79)、0.65 (0.55～0.75)和0.50(0.39～0.61)(图1A),以GAS-30.5%作为截断值鉴别诊断化疗后与化疗前差异的敏感性为85.7%，特异性为89.2%，准确性为87.6%；以GLS-16.5%作为截断值鉴别诊断化疗后与化疗前差异的敏感性为 67.3%，特异性为74.7%，准确性为72.5%。

2.43D-STI总体应变参数ROC分析预测血清Hs-cTnT浓度变化当使用超声心动图参数的ROC分析预测血清Hs-cTnT浓度升高2倍时，GAS、GLS、GCS、GRS和3D衍生的LVEF的AUC分别为0.74(0.62～0.86)、0.64(0.51～0.77)、0.61(0.45～0.77)、0.58(0.43～0.73)和0.57(0.42～0.72)(图1B)。以GAS -30.5%为截断值预测血清Hs-cTnT水平升高2倍的灵敏度为75.1%，特异性为62.9%，准确性为70.3%； GLS -16.5%的截断值预测血清Hs-cTnT水平升高2倍有65.0%的灵敏度，63.8%的特异性和62.9%的准确性。

图1 3D-STI各应变参数的ROC曲线

3 讨论

本研究是通过三维斑点追踪技术分析乳腺癌蒽环类化疗患者左室应变参数的变化，以证实和评价与化疗毒性相关的早期心肌损伤。结果表明，蒽环霉素化疗周期中，在发现LVEF正常且血清Hs-cTnT浓度升高但仍在正常参考范围内的乳腺癌患者心功能变化参数方面，三维斑点追踪技术衍生的GAS比其他应变参数和LVEF更准确和敏感。

蒽环类药物是乳腺癌最有效的抗肿瘤药物之一，具有剂量限制的急性和长期心脏毒性，可诱导亚临床急性心肌损伤，导致有限数量的肌细胞裂解，或者肌细胞可能经历短暂的细胞质膜完整性丧失。从而可能导致少量细胞质酶和特定于心肌纤维的其他蛋白质的短暂流出[4]。心脏肌钙蛋白是心脏特有的结构蛋白，外周血中心肌肌钙蛋白的检出表明心肌细胞坏死。其中，Hs-cTnT的升高是心肌坏死最敏感和特异的指标[5-7]。本研究中，蒽环类化疗后，血清Hs-cTnT浓度虽然仍在正常参考值范围内，但依次显著增高，考虑可能与化疗引起蒽环类药物的心脏毒性有关。

临床上使用最广泛的影像观察心脏毒性的指标是LVEF，但是它是从收缩末期和舒张末期容积中获得的。本研究结果表明化疗前后LVEF改变并无统计学意义，本研究应用ROC分析来区分蒽环类化疗后与化疗前的变化时曲线下面积也最小，与血清Hs-cTnT浓度也没有明显的相关性，说明了这种测量方法的局限性。 此外，形态学研究也显示活检结果与EF之间没有线性关联[8]。

据报道，3D-STE的优越性是通过同时计算各室壁运动参数，尤其是3个正交应变值(径向应变、纵向应变和圆周应变)来评估各种心脏疾病的病理生理学和治疗后心脏性能的变化[9-10]。每种应变反映了不同心肌层(如心内膜、中层和心外膜)的异常[11-12]。多种变形指标的结合提供了对左室功能障碍的病理生理机制的深入了解。作为一种新的测量参数，心内膜的面积应变与纵向和圆周应变一起，对局部形变的变化更为敏感，并且面积应变相对于纵向和圆周应变可以减少因较高的信噪比而出现的追踪误差[13]。因此，虽然三维超声心动图衍生的LVEF、GAS、GCS和GLS在蒽环类化疗后均降低，但只有GAS与血清Hs-cTnT浓度呈显著负相关。有理由认为，与其他超声心动图参数(GCS、GLS、GRS和LVEF)相比，GAS无论是在发现蒽环类化疗前后心功能变化方面还是在预测血清Hs-cTnT水平升高2倍方面都是较为有效性参数。

该研究存在两个主要局限性。首先，未进行长期的随访，在这期间有可能发生左室功能不全、明显的心脏毒性表现和临床事件。其次，研究的样本量很小，有待于将来扩大样本量的一系列研究增加说服力。

该研究应用三维斑点追踪技术测量蒽环类药物化疗前后左室各应变参数评价左室早期心肌损害及预测血清Hs-cTnT水平在正常参考范围内升高2倍的应用价值。研究结果表明，在乳腺癌患者蒽环类化疗周期中，3D-STE衍生的GAS比其他应变参数和LVEF在发现心功能减低和预测血清Hs-cTnT水平在正常参考范围内升高2倍方面更为准确和敏感,对于预测与化疗相关的亚临床心脏毒性具有较大的临床应用前景。