超聲新技術在糖尿病心肌病中的應用研究進展

李志榮，章春泉

(1.南昌大學a.研究生院醫學部2014級； b.第二附屬醫院超聲科，南昌 330006；2.上饒市人民醫院超聲科，江西 上饒 334000)

隨著生活水平的不斷提高和飲食結構的改變，糖尿病(DM)的患病率逐年升高；預計到2030年，全世界將有3.66億DM患者[1]，且截止至2010年，中國DM患者的人數已增至1.1億，DM已經成為我國人民健康的主要威脅之一[2]：因此，對DM及其并發癥的預防和治療的研究迫在眉睫。糖尿病心肌病(DCM)是DM的主要并發癥之一，由于患者長期的糖代謝紊亂，進而觸發心肌細胞學的改變，包括心肌小血管病變、微循環障礙等，從而引起心臟結構改變和心臟功能異常，導致亞臨床心肌功能異常。左室質量增加、左房增大、左室舒張功能減退等心臟病變在DM前期就可以被檢測出來[2-3]；若能在DM前期進行綜合干預治療,則能夠有效改善患者的體質指數(BMI)、收縮壓、舒張壓、膽固醇、空腹和餐后2 h血糖及胰島素等各項指標，從而降低發展為糖尿病可能性，避免糖尿病心肌損害[4]：因此，DCM的早期檢查對治療方法的選擇和預后有非常重要的意義。超聲心動圖是早期診斷DCM的主要手段之一，已經在診斷DCM方面發揮了重要的作用；但是，傳統超聲心動圖對DCM做出早期、準確的診斷存在局限性。本文就超聲新技術在DCM中的應用研究進展作一綜述。

1 DCM的病理學機制

DCM病理常表現為心肌細胞肥大、細胞壞死、細胞凋亡和心肌間質纖維化[5]。在DCM早期即可出現心肌超微結構的改變，包括肌纖維含量、排列的改變和線粒體的變形、斷裂及胞質面積、含量增加等[6]。有研究[7]發現，DM大鼠的心肌細胞表現為肌原纖維含量明顯減少，肌絲斷裂扭曲、排列紊亂，線粒體腫脹、變形變短，甚至空泡化。這些改變隨病程延長而逐漸加重，且出現左心室重量增加，左室壁增厚，心肌纖維化，導致心臟舒張期順應性降低，射血分數減低，最終導致心肌舒張及收縮功能不全。

2 超聲新技術在DCM中的應用

2.1 實時三維超聲心動圖(RT-3DE)

DCM患者行RT-3DE檢查的主要表現為左心室容積-時間曲線排列紊亂，曲線運動幅度平坦，各節段達最低收縮末容積的時間差異大[8]。另外，將左心室各節段的時間-容積曲線與心動周期結合起來能更好地測量心室容積，評估節段性室壁運動。NAKANISHI等[9]對570例DCM患者分別行二維超聲心動圖和RT-3DE檢查，證實了RT-3DE測出的舒張期早期峰值充盈率(PFR)指數是評估左室舒張功能的診斷工具。劉江燕等[10]運用RT-3DE技術評價2型糖尿病(T2DM)伴或不伴高血壓患者左心房功能，結果表明，RT-3DE能定量發現T2DM患者左心房功能改變，而伴有高血壓的患者則更明顯。楊清等[11]采集左心室全容積圖像，采用RT-3DE評價T2DM患者及代謝綜合征(MS)患者左心室功能及同步性發現，RT-3DE可準確評估T2DM及MS患者左心室功能及同步性變化，而MS合并T2DM患者左心室功能及同步性損害進一步加重，且腹圍、收縮壓、空腹血糖是影響左心室功能及同步性的主要因素：因此，RT-3DE可客觀評價DCM患者左心功能，為臨床早期檢出DCM提供幫助。

雖然目前RT-3DE評價DCM患者心臟病變的研究尚處于起步階段，但是隨著RT-3DE技術的發展，其有望成為評價DCM患者早期心臟功能異常的一種新方法。RT-3DE有著相對直觀的優勢，充分應用該技術對DCM患者心臟病變的研究有一定的幫助。然而，RT-3DE局限性在于不適宜聲窗透聲差的患者及心臟明顯擴大的患者，因其可能出現部分容積無法顯示的情況。

2.2 二維斑點追蹤顯像(2D-STI)技術

2D-STI是在高幀頻二維灰階圖像基礎上采用最佳模式匹配技術跟蹤組織內超聲斑點噪聲的運動，能在被追蹤的斑點附近大約20×20像素范圍中辨別下一幀圖像的位置，并通過逐幀追蹤標測斑點在整個心動周期中的運動軌跡。斑點追蹤技術分析軟件自動追蹤感興趣區內心肌組織信號，并與上一幀圖像中相比較，計算整個感興趣區內各節段心肌組織運動的速度、位移、應變、應變率及旋轉角度等心肌力學參數。2D-STI時間分辨率較高，與組織多普勒頻移無關，不受心臟室壁運動方向和聲束方向間夾角影響，能相對真實、準確地追蹤心肌組織的運動軌跡，從而評估心肌的運動[12]。DCM早期，2D-STI表現為左心室整體縱向及圓周應變，右室游離壁整體縱向應變均減低[13]。NIEMANN等[14]通過提出一種可能的超聲心動圖分級算法來評價DCM，結果發現DCM的早期表現為縱向收縮功能減低和徑向收縮功能代償性增強，而舒張功能障礙是另一個早期癥狀；病情進展時，出現功能惡化伴形態學改變，如左室向心性肥厚、纖維化；終末期疾病的特點是射血分數降低和心室擴張，晚期可表現為類似擴張型心肌病。ZOROUFIAN等[15]采用2D-STI評價DCM患者左心室亞臨床收縮功能障礙，以早期發現左心室縱向應變或同步收縮的變化，結果發現在冠脈和射血分數正常的DCM患者中無論早期舒張功能障礙如何，其整體收縮功能及縱向應變均減低，左室節段間差異增加了，表明2D-STI檢查可以早期發現在DCM發展過程中收縮功能的變化。何正中等[16]采用2D-STI對比檢測了DM患者左室收縮及舒張功能，觀察到DM組患者的等容舒張時間(IVRT)、舒張期A峰均大于對照組,而收縮期縱向應變(SL)、徑向應變(SR)、舒張期E峰均小于對照組，認為2D-STI可以發現DCM患者左室收縮及舒張功能早期改變。韋瑋等[17]利用2D-STI評價T2DM患者左心房功能，結果發現T2DM患者在左心室舒張功能正常時，左心房功能已出現損害；T2DM患者在左心室舒張功能輕度減低時，左心房助力泵功能增加，左心房儲存器功能進一步減低。

2D-STI對早期評價DCM患者心功能的改變更加敏；但是，心臟的機械運動有縱向、圓周、徑向3個不同的方向，2D-STI僅能在二維平面內觀察心肌運動，故該方法存在一定的局限性。

2.3 三維斑點追蹤成像(3D-STI)技術

3D-STI是在實時三維超聲心動圖及二維斑點追蹤技術基礎上發展起來的一項新技術，既能完整的顯示心臟的立體結構，多方位觀察心臟的運動，又能實時追蹤心肌聲學斑點在一個完整的心動周期內隨時間的運動情況；可以測量心室的整體功能、局部容積大小及運動情況，并可通過調整圖像的參考切面對感興趣的區域進行觀察[18]；還可克服2D-STI的斑點丟失情況，是評估左心室心肌功能的準確、可靠的方法。

NEMES等[19]觀察1型糖尿病(T1DM)患者左房功能的變化，用3D-STI檢測T1DM患者和健康對照組之間的左房體積和應變參數，結果發現基于3D-STI體積分析和應變分析均證實左房功能改變，提示T1DM患者早期左房重構。馬慧等[20]應用RT-3DE和3D-STI評價不合并心血管疾病相關癥狀的T2DM患者左房結構和功能的變化，結果發現T2DM組左房最大容積及收縮前容積顯著增加，且T2DM患者在無心血管疾病相關癥狀下左房的結構和功能已受到影響,進而影響左室舒張功能。孫紅杰等[21]利用3D-STI將確診為T2DM患者與健康者對照，結果發現血糖非控制組左心室質量增大，整體縱向應變及整體面積應變率降低，提示3D-STI中左心室質量、整體縱向應變及整體面積應變或可成為T2DM患者左心室功能檢測的敏感指標。

3D-STI的缺點是：1)對幀頻有一定的要求。當若幀頻過低時，圖像無法識別，并對透聲條件要求高。2)對肥胖、肋間隙窄的患者，圖像不清，且無法識別。3)對有心律失常的患者，心動周期在心律失常發作時亦不能準確體現。

2.4 速度向量成像(VVI)技術

VVI主要根據斑點追蹤成像的原理來觀察心肌活動的狀態，其能在心肌任意感興趣的區域顯示局部心肌組織活動方向、運動速度、間隔距離和時相等諸多信息；能非常直觀地顯示心肌在心動周期中收縮和舒張的過程；能客觀反映心肌的激動順序、心肌的同步協調、心肌的各節段運動一致性：因此，對于早期DCM患者心肌的形變具有較高的評估價值[22]。朱秀玲等[23]用Kappa檢驗分析VVI和組織多普勒成像(TDI)兩種技術評價T2DM患者左室舒張功能的診斷一致性，結果顯示，在評價T2DM患者左室舒張功能中VVI與TDI具有較好的一致性，可作為評價左室舒張功能的新的、可靠的方法。衛張蕊等[24]探討速度向量成像結合多巴酚丁胺負荷試驗在左室射血分數值正常的DM患者左室長軸心肌應變功能評價中的價值，結果顯示，左室長軸的最大收縮速度、應變、應變率從基底段向心尖段逐漸減弱；DM患者早期長軸心肌最大收縮速度、應變、應變率減退最早表現在心尖段的心肌組織；多巴酚丁胺負荷能提高VVI各參數檢出心肌收縮功能障礙的敏感性。

與TDI相比，VVI不需要探查角度和圖像幀頻，不受患者的呼吸運動、心臟及局部心肌節段運動的影響；不被分析切面所限制，并可準確檢測心肌在各種方向及扭轉運動過程中的速度向量和形態變化；但是，VVI與2D-STI一樣，僅在二維上評估，尚不能完全將心肌的復雜運動形象描繪，故存在一定的局限性。

2.5 心肌聲學造影(MCE)

MCE的原理是通過周圍靜脈注入超聲微泡造影劑，因為超聲微泡造影劑可自由到達心肌的各個節段，所以應用超聲技術就可以觀察到心肌血流的灌注情況。心肌灌注正常的區域因微氣泡充盈均勻而表現為回聲均勻增強，心肌缺血的區域則表現為不均勻充盈或充盈缺損、延遲等。DCM患者常表現為心肌顯影不均勻，血流量減少[25]。鄭磊等[26]應用MCE技術評價DM早期大鼠心肌血流灌注異常的價值，結果發現DM早期即可發生心肌血流灌注的異常，MCE在檢測DM早期心肌血流灌注異常方面具有重要的應用價值。

MCE對于局部心肌血流灌注能提供定量、準確的評價，可以發現早期的心肌病變，是評價心肌微循環灌注狀態最準確的方法之一[27]。然而，造影劑高昂的價格和不同人群對于照影劑的不良反應在一定程度上限制了MCE發展。

2.6 血流向量成像(VFM)技術

VFM技術是一種新型超聲血流成像方法。該技術以彩色多普勒圖像為基礎，通過多普勒頻移信息獲取心腔內血液流場狀態，實時顯示心臟內血液流場的分布，并通過流線圖模式與渦流圖模式等分析心臟的血流結構變化。另外，利用平面運動的流函數分解運算，對平面流和渦流進行分析，從而得到觀測平面內的質點運動矢量。由速度向量圖衍生出來的黏性摩擦能量損失，可反映血流的效率，并被認為是評價左心室功能的指標[28]。馬榮川等[29]應用超聲血流向量成像技術評價2型糖尿病患者舒張期左心室心腔血液流場狀態，結果發現T2DM患者等容舒張期、舒張早期、減慢充盈期、心房收縮期、舒張末期能量損耗高于正常對照組。LI等[30]應用VFM研究83例DM患者能量損失。與對照組相比，血糖非控制組能量損耗(EL)較血糖控制組更為明顯，表明此種方法能較早發現DM患者的舒張功能障礙。

VFM可真實反映心腔內血流動力學特征，是一種無創、便捷的方法；但是，目前國內外應用VFM評估DCM的研究相對較少，該方法有待進一步驗證。

3 結語

超聲成像技術可早期、無創檢測DCM患者早期心肌病變，以便臨床及時對DCM進行干預治療，從而延緩DCM的發生發展，最終降低DCM的死亡率。隨著科學技術的進步，超聲新技術在傳統超聲心動圖的基礎上不斷地被開發出，這些技術可被廣泛應用于DCM的心功能評價；但是，這些技術有著各自的特點與不足，超聲心動圖新技術的綜合應用將在DCM的研究中發揮越來越重要的作用。