作者：李晓欢，熊子衿，徐婷，颜梅，许华燕，四川大学华西第二医院

放疗是癌症的主要治疗方式之一，通过破坏癌细胞的遗传物质及分子结构使癌细胞死亡，但健康细胞暴露于电离辐射后会受到同样的辐射效应。胸部肿瘤如乳腺癌、中央型肺癌、食管癌、纵隔肿瘤等进行放疗时会使心脏遭受辐射导致放射性心脏病，是胸部肿瘤放疗患者最常见的非肿瘤死亡原因，严重影响患者的生存质量和生存时间。

放射性心脏病可引起心包炎、心肌病、冠心病、瓣膜性心脏病及心脏传导系统异常，其中心肌损伤较为严重，可导致心衰等不良结局。目前放射性心肌病的患病率已超过所有胸部肿瘤放疗患者的10%，其心衰发病率也较普通人群增高。因此，本文针对放射性心肌病的发病机制及影像研究进展进行综述，以期为临床放疗相关心肌损伤诊断提供参考。

1. 发病机制

放射性心肌损伤涉及多种调控机制及较多细胞因子，目前的主流机制学说包括心肌细胞DNA损伤、内皮细胞功能障碍导致心肌微循环障碍、氧化应激损伤、细胞凋亡等。电离辐射直接作用于心肌细胞核内DNA，可导致DNA双链断裂，细胞失去增殖潜能。同时，内质网被辐射后释放钙离子到细胞质中，使线粒体钙超载，引起线粒体细胞膜肿胀、释放凋亡因子、产生过量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）。

ROS引起内质网损伤，促进内质网钙池中钙的释放，当ROS产生超过抗氧化剂的清除能力时，氧化和抗氧化系统平衡破坏，ROS破坏细胞内的大分子结构，脂质和蛋白质过氧化，激活多种信号通路与促炎因子，产生炎症级联反应，加重放疗相关心肌损伤，形成恶性循环。

ROS还可通过碱基损伤、碱基释放、解聚和断裂等机制破坏DNA，最终导致细胞周期停滞、突变甚至凋亡。Yan等在小猎犬辐射模型及张愉宁等在大鼠的辐射模型中，均发现辐射后线粒体肿胀、变性及坏死，心肌细胞凋亡增加。

同时，心脏毛细血管遭受电离辐射后，其内皮细胞发生肿胀、变性，毛细血管数量显著减少。辐射会增加内皮细胞中血管性血友病因子的释放和沉积，导致毛细血管中血小板粘附和血栓形成，引起血管狭窄。血栓形成、管腔狭窄和毛细血管数量减少最终引起心肌微循环障碍、心肌缺血，进一步加重心肌损伤，甚至发展为心衰。

2. 放射性心肌损伤的影像学评价

放疗导致的心肌损伤病理特征包括心脏功能降低、心肌水肿及纤维化等。通过影像学方法如心脏超声、核素显像及心脏磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）等，可无创评价放射性心肌损伤，为临床早期干预、治疗评估提供客观的方法和依据。

2.1 经胸超声心动图（transthoracic echocardiography，TTE）

TTE经济、使用广泛、无辐射，可同时观察心脏结构、功能、血流动力学，是评估癌症患者放射性心肌损伤的一线成像方式。Tuohinen等对81例未接受化疗的乳腺癌放疗患者行TTE检查，在放疗前、放疗结束时、放疗后3年分别测量左心室射血分数（left ventricular ejectionfraction，LVEF），发现放疗3年后患者的LVEF较放疗前已存在降低。Saiki等对945例乳腺癌放疗患者进行心功能筛查，发现77例患者放疗后新发心衰，从放疗到诊断心衰的平均时间为（5.8±3.4）年。因此，放疗期间，特别是短时间内，正常的LVEF并不能排除心肌功能障碍，放疗所致的心功能降低可能发生在数年后。

常规心脏超声LVEF对于检测亚临床放射性心肌损伤敏感性欠佳。近年来，心脏超声斑点追踪技术（speckle tracking imaging，STI）通过测量完整心脏周期的心脏变形评估心肌功能，即使LVEF正常也能检测到早期心肌功能障碍。

STI常采用整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）、整体周向应变和整体径向应变3个参数进行心肌形变分析。Locquet等对未化疗的乳腺癌放疗患者研究发现，在放疗前和放疗后6个月行STI检查，22例（14.4%）患者放疗后GLS降低，此类患者对应的左心室前壁放射剂量明显更高。Li等在48例胸部肿瘤患者放疗后的随访中发现，32例（66.6%）患者GLS下降（21例下降超过10%），但是其LVEF仍处于正常范围。

Zhu等的研究发现，放疗后患者的心肌GLS、整体周向应变和整体径向应变至少下降了10%。同时，Tuohinen等研究表明，乳腺癌放疗患者在放疗后3年的随访中，GLS呈持续下降趋势。不同研究中，GLS下降的程度可能与放疗方式、放射剂量及随访时间密切相关。上述研究表明，STI能早期发现放射性心肌损伤的亚临床功能障碍。然而，STI技术也存在结果易受到图像质量的影响、操作者及机器依赖性强等缺陷。当声窗显示欠清时（如肥胖或心脏手术后的患者），超声造影可让心内膜边界更清晰，提升诊断的准确性。

负荷超声通过对比静息和负荷状态（如运动或药物）心肌结构和功能的动态变化评估心脏功能，可显示亚临床心功能障碍，同时通过评估冠状动脉血流储备可诊断冠状动脉微循环功能障碍，有助于早期放射性心肌损伤的诊断。

2.2 放射性核素显像

放射性核素显像将放射性示踪剂引入体内，观察正常心肌与病变心肌摄取的差别检测心肌损伤，可对心肌缺血进行诊断及疗效评估。最常用为SPECT和PET/CT。

Zhang等对食管癌放疗患者以甲氧基异丁基异腈（99Tcm-MIBI）为显像剂行SPECT检查。发现44%的患者在放疗前心肌灌注正常，而在放疗后出现了新的心肌灌注缺损。灌注缺损的区域和心肌受辐射的区域吻合，而与冠状动脉走行不一致，证实属于放疗相关心肌损伤。此外，该研究也发现放疗后心肌灌注降低，而LVEF处于正常范围，证实在LVEF异常前，SPECT能检测放射性心肌损伤导致的无症状心肌功能障碍。

Song等对小猎犬心肌前壁以20 Gy/次局部照射，模拟临床高剂量的局部辐射，后行PET/CT检查，以13N-氨水心肌灌注显像评估心肌损伤，发现13N-氨水灌注与心肌血流量呈正比，可以检测心肌灌注功能障碍。小猎犬在照射后6个月灌注减少，LVEF降低，照射区域心肌出现局部室壁运动异常；照射后12个月出现灌注缺损，LVEF进一步降低，室壁运动异常范围扩大。该研究通过冠状动脉造影未发现小猎犬有冠状动脉狭窄，证明心肌灌注损伤独立于冠状动脉病变发生。

Yan等通过动物模型发现，在辐射3个月后，小猎犬左心室前壁照射对应区出现局灶性18F-FDG摄取增加，但在照射6个月、12个月后，18F-FDG摄取增加的面积逐渐减少，可能因为辐射后随着时间延长，局部心肌凋亡和纤维化加重，凋亡心肌和纤维化区域不能吸收18F-FDG，因此辐射心肌区域内18F-FDG增加的区域随时间减少。同时PET/CT心肌灌注成像可检测心肌缺血，评估微血管功能障碍的严重程度。

SPECT和PET/CT有较高的探测敏感度，且操作简便、无创，利用对心肌血流量及心肌代谢强度的测量识别存活心肌，且PET/CT是临床评估存活心肌的金标准。但二者均存在辐射外露等缺点，限制了其在心肌损伤检测中的广泛应用。

2.3 CMR

CMR时空分辨率较高，具有多参数、多序列、无辐射等优势，已广泛应用于心血管疾病心肌损伤检测中，并纳入多种心脏疾病的临床实践指南。CMR包括心脏电影、特征追踪技术（feature tracking，FT）、T1 mapping、T2 mapping、延迟强化（late gadolinium enhancement，LGE）及心肌灌注等多种序列，从解剖、功能、组织特征等方面评价心肌损伤。心脏电影成像可观察心脏结构，进行基本的功能和解剖评估，还能观察心肌运动情况。

Armstrong等对儿童时期有胸部放疗病史的成人进行研究，在114例患者中，使用CMR和二维超声、三维超声对比分析患者LVEF，14%的患者的CMR LVEF<50%，其平均LVEF为55.9%，与三维超声测量的LVEF（54.7%）无显著差异，较二维超声测量更准确。与心脏超声技术不同，CMR不依赖于几何假设或不完全采样的计算，测量LVEF更准确。FT通过评估心肌应变定量分析心肌功能及运动，可在发生室壁运动异常和LVEF降低前检测到左心室功能障碍，实现心肌损伤早期诊断。

目前最常用的心肌应变分析技术包括超声STI和CMR FT。STI技术操作者依赖性较大测量准确性欠佳，且空间分辨率较低。FT解决了传统心肌应变测量方法中图像空间分辨率较低、信噪比较低、扫描时间较长、后处理烦琐、测量数据不精准等问题，用于早期识别心肌应变的异常。FT技术已成为定量评估心脏功能的更加准确、快速的工具。

FT技术也可用于放射性心肌损伤亚临床功能障碍的评估，但目前关于该技术在放疗相关心肌损伤中的应用相对匮乏，需要进一步深入研究。T1 mapping通过测量心脏增强前、后T1值以及细胞外容积分数定量评估心肌纤维化。细胞外容积分数指细胞外间质容积占整个心肌容积的百分比，根据增强前后T1值和血细胞比容值计算得出，能定量检测弥漫性心肌纤维化。

Takagi等对14例新诊断的食管癌患者在放疗前后行CMR检查，在食管癌的放疗中，心底室间隔包括在照射视野中，而心尖侧壁落在照射视野外。放疗后半年，受照射的室间隔T1值和细胞外容积分数的变化百分比高于未照射的心尖侧壁，而左心室功能参数和LGE发生率无显著差异。

Mukai-Yatagai等报道1例食管癌患者接受化疗放疗后出现心衰，心肌内膜活检组织病理分析显示心肌细胞明显变性和间质纤维化，CMR检查发现T1 mapping的细胞外容积分数增加至45%（参考值为20%~30%），证实T1 mapping改变的病理基础为弥漫性心肌纤维化。T1mapping的局限性为不同设备、软件、序列导致测量的T1值不同，限制了其结果的可比性。放疗后心肌损伤存在心肌水肿时，组织含水量增加，T2WI表现为局部或整体高信号。T2 mapping可以直接测量含水量增加导致的心肌T2弛豫时间延长，在识别心肌水肿方面较T2WI更有用和可靠。

LGE通过异常心肌的延迟强化识别心梗、评估心肌纤维化，在疾病的预后评估与风险分层中发挥着重要作用。Umezawa等研究发现LGE信号和放疗剂量明显相关。Takagi等在食管癌患者放疗后0.5年，在辐射对应的心肌区域，48%的患者检测出LGE，而1.5年后79%的患者出现LGE。Ricco等研究中LGE区域与放射剂量无明显关联，可能与该研究纳入不同的胸部肿瘤患者以及不同的放疗方案有关。LGE的缺点为弥漫性纤维化时因缺乏正常心肌对照，可能存在低估。CMR心肌灌注成像的正常心肌表现为轻度均匀强化，心肌缺血时局部心肌灌注减低，呈低信号。

使用药物负荷可让病变心肌与正常心肌差异更显著。Machann等对前纵隔放疗后的霍奇金患者进行研究，61%的患者在静息状态出现灌注缺损，72%的患者在腺苷负荷后出现灌注缺损。灌注缺损的发生率远高于左心室功能降低（23%）及LGE（29%）。CMR心肌灌注通过毛细血管密度降低可间接诊断心肌微血管功能障碍，同时可对微血管水平上的侧支血流进行评估。

3. 各影像方面的优劣势比较

TTE是放射性心肌损伤的一线成像方式，其中三维超声LVEF和GLS是检测心功能障碍的首选技术，如果没有三维超声设备，推荐采用二维超声辛普森双平面法。但TTE对操作者的依赖较大。当TTE图像质量欠佳无法诊断时，应考虑CMR。CMR各种序列提供的心脏信息超过了TTE的范围，是无创评价心脏解剖、功能和组织特征的金标准。但CMR也存在禁忌证，如严重肾损害、金属植入物和医疗设备（如起搏器）、幽闭恐惧症和焦虑发作的患者。

此外，CMR成本较TTE高，故推荐TTE作为一线成像方式。当TTE和CMR均不能用于心脏评估时，放射性核素显像可作为三线方式。放射性核素显像可以很好地显示心肌代谢，是心肌活性评估的金标准，但存在辐射暴露，且获得其他组织及解剖信息较CMR少，应尽可能避免进行核医学心脏成像。心脏成像的方式应基于当地的专业知识和可用性综合考虑。

来源：李晓欢,熊子衿,徐婷,等.放射性心肌损伤机制及影像研究进展[J].中国医学影像学杂志,2025,33(04):433-438.

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