2型糖尿病血管并發(fā)癥影像評價的研究進展

蔣麗 楊志剛 郭應(yīng)坤 李媛

(1.四川大學(xué)華西醫(yī)院放射科，四川 成都610041；2.四川大學(xué)華西第二醫(yī)院放射科，四川 成都610041)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患病率逐年上升，且逐漸向年輕化轉(zhuǎn)變，是危及人類健康以及造成經(jīng)濟負擔(dān)的主要疾病，成為全球重大公共衛(wèi)生問題[1]。大量研究已證實糖尿病和心血管病變之間的聯(lián)系，心血管病變是糖尿病發(fā)病和死亡的主要原因，其中全身性大小血管病變是心血管疾病的重要致病因素[2-4]，因此糖尿病患者血管病變的早期發(fā)現(xiàn)與評價是疾病干預(yù)治療、延緩進展及預(yù)后分析的重要保障。糖尿病血管并發(fā)癥按照累及血管大小可分為大血管并發(fā)癥和微血管并發(fā)癥，大血管并發(fā)癥主要包括冠狀動脈、頸動脈、顱內(nèi)動脈和下肢動脈等大中型動脈粥樣硬化斑塊形成、管腔狹窄甚至閉塞，其中冠狀動脈和腦血管病變是引起T2DM死亡的主要原因[5-6]；微血管并發(fā)癥主要包括糖尿病視網(wǎng)膜病變、糖尿病腎病、糖尿病周圍神經(jīng)病變和糖尿病心肌病等，是糖尿病患者致殘的主要病因[7]。

1 糖尿病血管并發(fā)癥影像學(xué)評價方式

多種影像設(shè)備和成像模態(tài)形式可用于糖尿病相關(guān)心血管并發(fā)癥的篩查與評價，目前臨床常用的影像學(xué)檢查方式包括超聲、計算機斷層掃描(computed tomography， CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging， MRI)、數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography， DSA)、光學(xué)相干斷層成像(optical coherence tomography，OCT)和正電子發(fā)射計算機體層顯像儀(positron emission tomography and computed tomography，PET/CT)等[8]，隨著新興技術(shù)的發(fā)展，越來越多的心血管影像技術(shù)和設(shè)備運用于臨床或臨床前期研究，主要用于對糖尿病相關(guān)大血管病變及某些特殊微血管病變進行解剖學(xué)分析評估和功能學(xué)評價。利用影像學(xué)檢查對血管的結(jié)構(gòu)和功能進行分析，提供疾病嚴重程度的衡量標準，識別出高風(fēng)險個體，指導(dǎo)臨床醫(yī)生進行個體風(fēng)險評估及制定治療干預(yù)策略，對糖尿病相關(guān)心血管并發(fā)癥的診斷、危險分層、預(yù)后評估和治療決策的制定具有重要價值。

糖尿病相關(guān)大血管并發(fā)癥的主要病理基礎(chǔ)為全身大中型動脈粥樣硬化斑塊形成，常見犯罪血管包括冠狀動脈、頸動脈和四肢血管等，引起冠心病、腦卒中和糖尿病足等疾病發(fā)生。大血管常見的影像學(xué)檢查方式主要包括血管超聲、CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)、磁共振血管成像(magnetic resonance angiography， MRA)、DSA和PET/CT等[9]。血管超聲主要用于身體淺表血管的檢查，如頸動脈和四肢血管，其無創(chuàng)、無輻射以及便攜方便，因此常作為糖尿患者身體淺表血管普查和臨床隨訪的首選成像方式，其次為CTA和MRA，最后確診及干預(yù)為DSA。PET/CT常用于無創(chuàng)性量化動脈粥樣硬化血管炎癥、早期鈣化、斑塊缺氧和新生血管生成，提供血管斑塊組成成分、分子細胞活動的細節(jié)和疾病總體風(fēng)險負擔(dān)。在糖尿病相關(guān)微血管并發(fā)癥的評價方面，目前主要基于微血管功能和組織器官功能評價，用于微血管解剖學(xué)評價的影像技術(shù)在臨床運用較少。

1.1 超聲

血管超聲能有效地顯示血管內(nèi)膜、內(nèi)徑、走向、血流動力學(xué)以及動態(tài)改變情況，并對管腔中的硬化斑塊實施檢測，靈敏度及特異度較高[10]?；诙S超聲發(fā)展的三維超聲是一種可量化的新的影像學(xué)技術(shù)，利用后處理技術(shù)進行圖像重建，使血管顯像直觀及立體感強，還能清晰地顯示斑塊的大小、形態(tài)、血流及與鄰近結(jié)構(gòu)的關(guān)系[11-12]。動脈血管內(nèi)中膜的病理增生是亞臨床斑塊早期形成的標志，目前主要通過測量動脈內(nèi)膜中層厚度，從形態(tài)學(xué)方面進行血管評估，但在動脈粥樣硬化內(nèi)膜形態(tài)改變之前，血管內(nèi)皮功能已發(fā)生紊亂，動脈彈性降低。Pan等[13]利用超快速超聲成像技術(shù)對頸動脈進行形態(tài)學(xué)及功能學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)在頸動脈內(nèi)中膜增厚之前，T2DM患者的頸動脈功能已出現(xiàn)明顯損傷。目前利用的多種超聲技術(shù)，如脈搏波傳導(dǎo)速度、速度向量成像技術(shù)、超聲二維應(yīng)變技術(shù)和超聲彈性成像等，不僅能三維實時地顯示斑塊，還能顯示斑塊對血管造成的影響，如血管壁形變、彈性和剪切力等[14-15]。張麗等[16]基于高頻超聲發(fā)現(xiàn)糖尿病患者頸動脈斑塊更多，易損斑塊占比更大。同時，三維超聲可動態(tài)觀察隨訪患者的斑塊轉(zhuǎn)歸，評價治療動脈粥樣硬化的療效。但超聲信噪比低，對比CT和MRI，其掃描視野小，對操作者的依賴性強。同時，如果血管檢查視野被動脈粥樣硬化的密集鈣化所遮擋，或目標血管被骨或氣體覆蓋，均會阻礙超聲的充分顯示，從而限制超聲對目標血管的評價。

1.2 CT

隨著CTA技術(shù)的發(fā)展，頭頸部血管動脈的CTA檢查逐漸成為檢測糖尿病血管病變的主要方法。基于CT三維重建技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其不僅能從不同角度和方向顯示大血管，清晰地顯示目標血管走行、血管壁和血管腔內(nèi)結(jié)構(gòu)變化以及累及器官的損傷程度，還能準確地判定斑塊的性質(zhì)和三維關(guān)系，并且通過后處理技術(shù)獲得的三維重建圖像可觀察動脈斑塊中的成分，極大地提高對斑塊特征的分析能力，識別高危斑塊，如正性重塑、點狀鈣化、高衰減斑塊和低衰減富含脂質(zhì)的壞死斑塊，特別是斑塊中的鈣化情況顯像清晰，具有掃描方便快捷、圖像分辨率和靈敏度高等優(yōu)點[17]，為相關(guān)病變的危險分層和預(yù)后判斷以及臨床醫(yī)生的治療決策提供依據(jù)。CTA在頸動脈血管評價中，檢測狹窄>70%的靈敏度接近100%，特異度為63%[14]。張保朋等[18]基于CTA技術(shù)對頸動脈斑塊性質(zhì)進行分析，發(fā)現(xiàn)糖尿病患者更易形成頸動脈易損斑塊，明顯增加腦梗死風(fēng)險。冠狀動脈 CTA作為目前臨床最常用的無創(chuàng)性評價冠狀動脈解剖結(jié)構(gòu)的影像學(xué)方法，可獲得包括計算冠狀動脈鈣化評分、冠狀動脈狹窄定性定量分析、高危斑塊特征定性分析以及冠狀動脈起源走行等臨床數(shù)據(jù)。已有研究[19-20]發(fā)現(xiàn)糖尿病血糖控制及患病年限與冠狀動脈高風(fēng)險斑塊的發(fā)生和發(fā)展相關(guān)，經(jīng)CTA評估的“高?！卑邏K特征對心血管事件的發(fā)生具有獨立的預(yù)測價值。Shi等[21]基于連續(xù)冠狀動脈CTA評價冠狀動脈支架植入術(shù)后患者的斑塊進展，發(fā)現(xiàn)糖尿病與冠狀動脈支架植入術(shù)后非支架節(jié)段的病變進展及嚴重程度明顯相關(guān)，提示臨床醫(yī)生應(yīng)重視T2DM患者冠狀動脈非支架節(jié)段的管理。CT的缺點包括具有一定的放射性，需使用造影劑。同時，目前CT尚無法進行心肌組織學(xué)特征評價，也不宜進行實時動態(tài)成像和觀察血管動態(tài)改變，易受掃描層厚和機器參數(shù)影響[12]。

1.3 MRI

近年來MRA作為一種無創(chuàng)檢查方式開始逐漸應(yīng)用于血管病變的篩選診療中。MRA屬于MRI常規(guī)掃描的補充，其無需進行對比劑注射，通過后處理360 °旋轉(zhuǎn)圖像，可清晰地顯示目標血管病變部位、范圍和狹窄程度等，提供可靠的臨床診療參考[22]。多重對比MRI對組織有很好的表征，不需電離輻射就可研究動脈粥樣硬化斑塊的成分，對于血管的慢性縱向變化研究提供有用的技術(shù)支撐[23]。MRA適用于較穩(wěn)定的大血管成像，如頸動脈。在頸動脈，MRI優(yōu)越的軟組織鑒別能力允許測量粥樣硬化纖維帽厚度及壞死核心，使用造影劑增強可進一步提高對富含脂質(zhì)核的高危斑塊的檢測靈敏度[23-24]。如頸內(nèi)動脈斑塊破裂等急性事件， MRI T1WI序列可檢測斑塊內(nèi)出血和血栓，為臨床診療提供影像學(xué)證據(jù)[25]。中國的一項多中心研究——中國動脈粥樣硬化風(fēng)險評估(CARE-Ⅱ)[26]報道，在有腦前循環(huán)缺血癥狀的患者中，糖尿病患者比非糖尿病患者頸動脈斑塊更易出現(xiàn)鈣化和富含脂質(zhì)的壞死核心。MRA也有一定的缺點，若目標動脈內(nèi)血流緩慢或存在比較復(fù)雜的湍流，可能引起MRI信號缺失，MRA技術(shù)會高估血管的狹窄程度，且檢查時間長，對運動偽影極為敏感[12]。

1.4 DSA

DSA被認為是評估血管狹窄程度與閉塞的“金標準”，能清晰地顯示血管的靜態(tài)解剖結(jié)構(gòu)及動態(tài)的血流變化，包括血管狹窄、擴張或閉塞的部位、程度、累及長度以及是否有分支、側(cè)支血管、末梢血管循環(huán)及血流動力學(xué)，隨著三維重建成像的臨床應(yīng)用，血管管腔面積的測量使得DSA更能精確地反映血管的狹窄程度[12]。但R?hrl等[27]在對糖尿病患者足部動脈的研究中發(fā)現(xiàn)，MRA較DSA能檢測到更多細小血管，評價與糖尿病足相關(guān)的炎癥并發(fā)癥，包括骨髓炎、軟組織膿腫和瘺管。由于DSA為有創(chuàng)檢查，操作復(fù)雜，存在電離輻射，因此，目前DSA常在需進行介入治療時選用，不利于臨床篩查[28]。

1.5 OCT

OCT成像方法自1991年Huang等[29]提出后廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)中，包括在眼科疾病、心血管疾病以及組織癌變等方面的診斷應(yīng)用。光學(xué)相干斷層掃描血管成像(optical coherence tomography angiography， OCTA)是一種基于檢測血流成像來構(gòu)建血管網(wǎng)圖像的一種新興技術(shù)，其成像速度較快，無需注射造影劑，重復(fù)性強，分辨率高。在糖尿病視網(wǎng)膜病變的篩查評估中，其同時能進行三維成像，并對視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜毛血管叢血流速度、病灶范圍和形態(tài)進行量化分析，在糖尿病性視網(wǎng)膜病變的診斷中具有重要價值，相比較于傳統(tǒng)熒光素眼底血管造影，其避免了使用造影劑所致的過敏等不良反應(yīng)和造影劑滲漏導(dǎo)致的熒光遮蔽等，檢查精確度較高[30-31]。OCTA作為一種無創(chuàng)檢測手段，能定量地評估糖尿病引起的視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜和神經(jīng)改變，有助于提高對糖尿病視網(wǎng)膜病變病理生理變化的認識，為疾病的診斷、分級、預(yù)后、隨訪及治療方案選擇提供重要的影像學(xué)依據(jù)[32]。OCTA也存在掃描范圍有限以及成像條件嚴苛等缺點，但隨著未來技術(shù)的不斷完善和突破，OCTA技術(shù)會在糖尿病微血管病變的診治過程中發(fā)揮更大的價值[32]。

1.6 PET/CT

PET/CT是一種將具有功能成像的PET和進行解剖結(jié)構(gòu)顯像的CT這兩種先進的影像學(xué)技術(shù)有機地結(jié)合在一起的新型影像設(shè)備。PET基于人體內(nèi)放射性示蹤劑的示蹤及顯像，實現(xiàn)細胞分子代謝及物質(zhì)沉積等的顯像及評價，是分子影像技術(shù)的重要組成部分，同時應(yīng)用CT技術(shù)為這些核素分布情況進行精確定位，使其同時具有PET和CT的優(yōu)點，發(fā)揮出各自的最大優(yōu)勢[33]。PET/CT顯示的血管斑塊能量代謝在一定程度上反映了斑塊的炎癥活動和斑塊負擔(dān)，在識別破裂和高風(fēng)險的斑塊中具有重要意義，并與血管壁彈性減低相關(guān)，同時提供相應(yīng)靶器官(如心臟)細胞的存活性、存活數(shù)量和缺血部位等信息[34-37]。Bernelot等[38]發(fā)現(xiàn)存在周圍血管疾病的糖尿病患者中，18F-FDG PET/CT反映的頸動脈炎性活動程度與糖尿病血糖控制情況及血清中的胰島素含量有關(guān)，而與外源性胰島素使用無關(guān)，為將來的進一步優(yōu)化管理提供了依據(jù)。目前常使用18F-FDG及18F-NaF分別作為冠狀動脈粥樣硬化炎癥和微鈣化的標志物，陸國秀等[34]研究發(fā)現(xiàn)不同于在單純冠狀動脈性疾病中18F-FDG及18F-NaF PET/CT顯像效能相當(dāng)，T2DM伴冠狀動脈粥樣硬化患者中18F-NaF PET/CT顯像的靈敏度和特異度均優(yōu)于18F-FDG PET/CT，推測T2DM患者的代謝差異使得18F-FDG受到鄰近心肌不同程度的影響而干擾成像效果，認為18F-NaF可能較18F-FDG更適合于T2DM伴冠狀動脈斑塊的評價。Jensen等[39]使用混合PET/CT影像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，使用胰高血糖素樣肽-1受體激動劑利拉魯肽的T2DM患者的冠狀動脈對64Cu-DOTATATE的攝取降低，提示利拉魯肽的抗炎作用，該研究使臨床醫(yī)生對新療法的心血管作用模式有了更深的理解。

2 未來發(fā)展

早期影像評價可在糖尿病血管并發(fā)癥癥狀或靶器官功能障礙出現(xiàn)之前檢測到顯著的變化，未來還能從先進的心血管成像中獲得什么？在一個精準和個性化醫(yī)療的新時代，新興動脈粥樣硬化成像方法的診斷能力無疑將影響醫(yī)者對患者的管理方法，并幫助推動心血管研究，以更好地了解疾病機制并測試正在進行的新治療。近年來，多模式和混合成像技術(shù)得到了改進和發(fā)展，成為醫(yī)學(xué)分子成像的新前沿，有可能克服單一模式的限制，并在精確的解剖框架內(nèi)獲得無創(chuàng)生理和病理生理測量，可定制患者特定的多模式成像策略，以精確地揭示分子信號，同時將斑塊成分和局部血流動力學(xué)數(shù)據(jù)與總體疾病負擔(dān)的標記相結(jié)合，從而擺脫以斑塊為中心的方法，進一步認識糖尿病相關(guān)血管病變發(fā)病機制的復(fù)雜性。

在傳統(tǒng)影像技術(shù)上嘗試新的方法同樣打破了目前局限的固有使用模式。Chen等[40]基于彩色M型主動脈傳播速度識別妊娠期糖尿病患者胎兒血管內(nèi)皮功能的改變，這種新的測量方法可能代表了一種有前途的無創(chuàng)和簡單的方法來評估胎兒的內(nèi)皮功能，有利于改進妊娠期糖尿病患者胎兒心血管風(fēng)險評估，更好地篩選出高危個體，并進行相應(yīng)的預(yù)防干預(yù)。機器學(xué)習(xí)及驅(qū)動的算法將不可避免地運用于心血管領(lǐng)域的影像學(xué)技術(shù)革新中，新的計算機技術(shù)及算法顯著增強了記錄數(shù)據(jù)中的大量信息，為簡化工作流程及新的信息發(fā)掘提供了可能[41]。

先進的成像技術(shù)方法可直接評估心臟和血管的功能和形態(tài)，并有能力重新定義心臟，了解心血管疾病，提高對病理學(xué)的理解，完善風(fēng)險分層，選擇目標治療的人群，在未來的心血管疾病的診斷、評估、治療及預(yù)后中發(fā)揮重要作用。