三維斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)在評(píng)估糖尿病心肌病中的作用

張?zhí)?楊洋

1天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院超聲診療科，國(guó)家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市“腫瘤防治”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 300060;2天津市胸科醫(yī)院內(nèi)分泌科 300222

隨著我國(guó)人民生活水平的日益提高，糖尿病的發(fā)病率直線上升，目前全球有糖尿病患者2.85 億，估計(jì)到2030 年全球?qū)⒂薪? 億人患糖尿病。在中國(guó)2013 年的調(diào)查結(jié)果顯示，在20 歲以上的成人中，年齡標(biāo)化的糖尿病患病率為11.6%，而糖尿病前期的比例更高達(dá)15.5%。糖尿病患者死亡病例中近80%是由于心血管疾病，是未患糖尿病人群死亡率的2 ～3 倍［1］。糖尿病心肌病是發(fā)生在糖尿病患者中的心室功能異常，獨(dú)立于冠心病、瓣膜病或高血壓，糖尿病患者中糖尿病心肌病的發(fā)病率大約為12%［2］。雖然糖尿病的治療手段非常豐富，但心血管的死亡率卻未見下降，其根本原因可能在于糖尿病合并心臟問題時(shí)的診治還停留在傳統(tǒng)的冠心病診斷和治療方面，忽略了糖尿病特有的心肌病變。糖尿病心肌病的確診包括心內(nèi)膜活檢，對(duì)不伴有高血壓或冠心病的2 型糖尿病患者左心室全壁活檢發(fā)現(xiàn)有膠原和脂肪沉積。電子顯微鏡下，與無(wú)癥狀的2 型糖尿病患者相比，有心力衰竭癥狀的2 型糖尿病患者心肌纖維明顯缺失［3］。由于這是一種有創(chuàng)的檢測(cè)手段，同時(shí)有較高的潛在危險(xiǎn)，該方法只限于科學(xué)研究中使用。傳統(tǒng)的糖尿病心肌病診斷方法包括心導(dǎo)管插入術(shù)，因?yàn)橐彩怯袆?chuàng)的診斷方法，并不能特異性用于糖尿病心肌病相關(guān)的舒張功能紊亂的診斷。因此，無(wú)創(chuàng)的診斷技術(shù)得到了極大的發(fā)展。多普勒超聲心動(dòng)圖、組織多普勒成像、斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖、MRI、多層螺旋CT 等逐漸發(fā)展起來(lái)，用于糖尿病心肌病的診斷。本文主要介紹三維斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖(3D-STE) 在糖尿病心肌病中的診斷應(yīng)用。

1 糖尿病心肌病的病理改變及心功能異常

Framingham 研究顯示，糖尿病使男性心力衰竭的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加2 倍，使女性心力衰竭的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加5 倍。研究顯示，與非糖尿病對(duì)照組相比，糖尿病心肌病患者左心室質(zhì)量更重，女性患者更甚，同時(shí)心率更快，室壁厚度正常而心肌回聲密度增加，提示心肌存在膠原沉積增加。糖尿病心肌病的特征與其他非缺血性心肌病變不同在于: 糖尿病心肌病表現(xiàn)為心肌細(xì)胞肥大、心肌炎性反應(yīng)和纖維化，心肌細(xì)胞脂肪變性及凋亡增加，過碘酸雪夫染色陽(yáng)性物質(zhì)浸潤(rùn)，冠狀小動(dòng)脈基底膜增厚，心肌內(nèi)可見微血管病變［4］。

心肌纖維化是多種心臟疾病進(jìn)展到一定時(shí)期的病理改變，分為反應(yīng)性纖維化和修復(fù)性纖維化，均可導(dǎo)致心力衰竭、心率失常、心臟擴(kuò)大、猝死等。目前發(fā)現(xiàn)心室重構(gòu)中非心肌細(xì)胞，尤其是成纖維細(xì)胞和細(xì)胞外間質(zhì)起重要作用。此外，糖尿病心肌病還表現(xiàn)為心肌細(xì)胞代謝紊亂、心肌細(xì)胞鈣轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷、冠狀動(dòng)脈微血管病變及心臟自主神經(jīng)病變等，其病理基礎(chǔ)為心肌細(xì)胞、血管、間質(zhì)的病變及血流動(dòng)力學(xué)改變。心肌纖維化以及上述代謝紊亂及微血管病變最終引發(fā)心肌廣泛灶性壞死，出現(xiàn)亞臨床心功能異常，發(fā)展為心力衰竭，因此，心肌功能異常是糖尿病心肌病最早的征象之一，也是早期診斷糖尿病心肌病的敏感指標(biāo)之一［5］。

鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病心肌病的特點(diǎn)是早期舒張受限、血管功能紊亂，逐漸發(fā)展為收縮功能異常，從而導(dǎo)致心力衰竭。表現(xiàn)為左室舒張壓力增加，二尖瓣血流和肺靜脈血流異常，最終左室射血分?jǐn)?shù)及左室內(nèi)徑縮短率降低［6-7］。

2 3D-STE 的原理及應(yīng)用

隨著超聲技術(shù)的發(fā)展，超聲背向心肌散射積分、組織多普勒成像技術(shù)、速度向量成像技術(shù)雖然可在一定程度上反映心肌病變的程度，但準(zhǔn)確度一直備受爭(zhēng)議。二維斑點(diǎn)追蹤呈像可出現(xiàn)假陽(yáng)性，二尖瓣E/A 比值受二尖瓣結(jié)構(gòu)、年齡、呼吸的影響，尚不能定量評(píng)價(jià)心肌病理改變，不能早期發(fā)現(xiàn)心功能異常［8］。3D-STE 能夠有效監(jiān)測(cè)糖尿病心肌病變時(shí)微小心肌結(jié)構(gòu)的變化，可在亞臨床期發(fā)現(xiàn)心功能異常，從而可以更早的診斷糖尿病心肌?。?］。

斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，其原理是超聲成像過程中入射超聲波與心肌組織之間發(fā)生散射、反射等作用，在圖像上形成“斑點(diǎn)”回聲，心肌組織中含有均勻分布的斑點(diǎn)回聲，稱為自然聲學(xué)標(biāo)志，每個(gè)斑點(diǎn)的大小約為20 ～40 像素，其位置隨著心肌的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生改變，通過追蹤這些與心肌組織同步運(yùn)動(dòng)的自然聲學(xué)標(biāo)志，可以獲得心動(dòng)周期中心肌組織的運(yùn)動(dòng)信息［10］。在臨床上分為自動(dòng)功能成像、二維應(yīng)變超聲心動(dòng)圖、速度向量成像、3D-STE。其原理都是計(jì)算心肌運(yùn)動(dòng)速度、加速度、應(yīng)變和應(yīng)變率等局部心肌的機(jī)械做功，一般用于評(píng)價(jià)各種類型心臟病的收縮功能［11］。

應(yīng)變可反映心肌細(xì)胞的舒縮能力，不受心律、心臟旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)和周圍組織牽拉的影響，在定量分析局部心肌功能方面具有較大的優(yōu)勢(shì)［12］。3D-STE的壁面運(yùn)動(dòng)跟蹤方法包括塊-匹配法、彈性圖像配準(zhǔn)法和基于模型的方法，塊-匹配法僅作為商用3D-STE系統(tǒng)的跟蹤方法。3D-STE提供了新的形變參數(shù)，面積變化率可更精準(zhǔn)地用于評(píng)價(jià)局部和整體的心肌功能。與心臟MRI 相比，3D-STE能夠準(zhǔn)確檢測(cè)心肌組織運(yùn)動(dòng)，且與MRI 具有較高的相關(guān)性［13］。

3 3D-STE 在糖尿病心肌病診斷中的應(yīng)用

3．1 3D-STE 診斷糖尿病心肌病的相關(guān)參數(shù) 心肌纖維是三維結(jié)構(gòu)的、多層交織在一起，呈現(xiàn)縱向、徑向、旋轉(zhuǎn)三面運(yùn)動(dòng)，斑點(diǎn)追蹤技術(shù)可以早期反映心肌的機(jī)械形變能力、心肌應(yīng)變情況。左室功能的檢查可以用于糖尿病心血管疾病患者的評(píng)估、治療及預(yù)后判斷。斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)是一種評(píng)估心肌結(jié)構(gòu)異常的定量檢查方法。研究表明，心肌運(yùn)動(dòng)包括心底至心尖的縱向運(yùn)動(dòng)、短軸方向的環(huán)向運(yùn)動(dòng)、周圍向中心的徑向運(yùn)動(dòng)［14］。3D-STE診斷糖尿病心肌病的相關(guān)參數(shù)包括:應(yīng)變、應(yīng)變率、總體縱向應(yīng)變、總體徑向應(yīng)變、圓周應(yīng)變、心內(nèi)膜面積變化率等。選擇未合并高血壓的糖尿病前期者和同期與其年齡、性別相匹配的健康人作對(duì)照，應(yīng)用3D-STE測(cè)量并比較兩組左室三維整體縱向應(yīng)變、三維整體面積應(yīng)變、三維整體徑向應(yīng)變及三維整體圓周應(yīng)變，分析其與人體測(cè)量學(xué)指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果與對(duì)照組相比，糖尿病前期組左房?jī)?nèi)徑及二尖瓣舒張?jiān)缙谘魉俣扰c二尖瓣環(huán)舒張?jiān)缙诮M織運(yùn)動(dòng)速度比值均顯著增加;三維整體縱向應(yīng)變顯著降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義［15］。

3．2 3D-STE 診斷糖尿病心肌病的有效性及局限性3D-STE評(píng)估的是一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)左心室容積和射血分?jǐn)?shù)以及左心室整體應(yīng)變，能準(zhǔn)確評(píng)估心功能和心肌變化。其優(yōu)勢(shì)為:運(yùn)用3D-STE使矩陣探頭獲取心臟立體圖像，準(zhǔn)確地反映心臟立體運(yùn)動(dòng)信息，其追蹤心肌的斑點(diǎn)在三維空間運(yùn)動(dòng)，避免了斑點(diǎn)移出平面的缺陷。3D-STE獲取心肌各節(jié)段的運(yùn)動(dòng)信息，并同步分析各節(jié)段應(yīng)變和旋轉(zhuǎn)、收縮達(dá)峰時(shí)間以及心室射血分?jǐn)?shù)，可以克服左心室壁平移和旋轉(zhuǎn)給心室收縮量化分級(jí)帶來(lái)的影響，更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)心臟整體、局部功能以及心室收縮的同步性［16-17］。3D-STE成為心肌運(yùn)動(dòng)不同步研究的突破性評(píng)估方式之一，可用于評(píng)估右心室功能［18］。

局限性:三維圖像幀頻可能較低，需要采用連續(xù)4 個(gè)周期疊加的方法，測(cè)試者需要有規(guī)則的R-R間期，能自主控制呼吸，減少胸廓運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的干擾，因此心律失常和呼吸困難者不適合采用該檢查;3D-STE對(duì)圖像清晰度要求較高，心內(nèi)膜需要清楚的顯示，否則無(wú)法計(jì)算，故糖尿病伴慢性阻塞性肺疾病、重度肥胖、胸廓畸形者不適合此項(xiàng)檢查。此外，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一質(zhì)控、設(shè)備間存在的誤差以及分析軟件參考值變化，3D-STE在臨床的應(yīng)用也受到了一定限制［19］。

3．3 3D-STE 用于糖尿病心肌病的早期診斷 對(duì)77 例無(wú)癥狀的2 型糖尿病患者及35 名年齡匹配的正常對(duì)照者進(jìn)行3D-STE檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)與正常對(duì)照者相比，2 型糖尿病患者總體縱向應(yīng)變、圓周應(yīng)變及心內(nèi)膜面積變化率降低，左心室功能異常［20］。對(duì)血糖控制良好伴或不伴高血壓的2 型糖尿病患者應(yīng)用3D-STE評(píng)估左心室功能，發(fā)現(xiàn)與單純糖尿病患者及正常對(duì)照組相比，伴高血壓的2 型糖尿病患者各方向收縮應(yīng)變顯著降低，多元回歸分析發(fā)現(xiàn)，空腹血糖及左心室舒張末期容量是影響總體縱向應(yīng)變的重要因素。3D-STE可以發(fā)現(xiàn)亞臨床心功能改變［21］。斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)來(lái)源的參數(shù)與心肌功能有良好的相關(guān)性，可以發(fā)現(xiàn)無(wú)癥狀動(dòng)脈高壓、心力衰竭患者亞臨床收縮性的左室功能損傷［22］。對(duì)無(wú)癥狀的兒童1型糖尿病患者應(yīng)用斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)檢查聯(lián)合身體應(yīng)激試驗(yàn)評(píng)估左心室心肌結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血糖控制不好者左心室縱向應(yīng)變與圓周應(yīng)變均受損，表明存在心肌機(jī)械效率受損［23］。

應(yīng)用基于應(yīng)變分析的斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)對(duì)1 型糖尿病Akita 小鼠模型糖尿病心肌病變?cè)缙诘男募〗Y(jié)構(gòu)異常進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)Akita小鼠在12 周齡時(shí)平均整體徑向應(yīng)變發(fā)生改變，同時(shí)縱向應(yīng)變降低。這些改變發(fā)生在糖尿病心肌病的早期階段并貫穿于發(fā)展的全過程。研究者認(rèn)為該技術(shù)可用于研究Akita小鼠發(fā)生心力衰竭的機(jī)制［24］。給小鼠皮下注射異丙腎上腺素3 d，應(yīng)用斑點(diǎn)追蹤技術(shù)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照小鼠相比，異丙腎上腺素小鼠模型徑向應(yīng)變、徑向應(yīng)變率及縱向應(yīng)變均降低，表明斑點(diǎn)追蹤技術(shù)可以早期發(fā)現(xiàn)心肌功能異常［25］。

綜上所述，3D-STE技術(shù)雖然仍有一定的局限，但是在糖尿病早期心肌病變檢測(cè)方面提供了新的方法，一系列臨床研究也證實(shí)了該方法的實(shí)用性，相信隨著超聲技術(shù)的發(fā)展和軟件系統(tǒng)的開發(fā)，3D-STE可能用于糖尿病心肌病的早期診斷。