速度向量成像技術(shù)在糖尿病性心肌病中的應(yīng)用

徐明 周啟昌

糖尿病是由于胰島素分泌絕對或相對不足，并以血糖升高為特征的代謝性疾病。糖尿病常累及心臟及全身血管，易并發(fā)心血管并發(fā)癥。研究表明約80%糖尿病患者死于糖尿病心血管疾病，其中以糖尿病性心肌?。╠iabetic cardiomyopathy,DCM）的危害最大。糖尿病性心肌病的概念是由Rubler等[1]首次提出的，隨后被廣泛引用于臨床及流行病學。Rubler等[1]在解剖患有充血性心力衰竭的糖尿病患者尸體時發(fā)現(xiàn)這些死者均無冠狀動脈粥樣硬化的跡象,病理研究顯示左心室肥大并纖維化伴有不同程度的小血管病變。但目前臨床上對DCM的診斷尚無統(tǒng)一標準，主要根據(jù)病史，結(jié)合心臟結(jié)構(gòu)及功能改變，在排除其他心臟疾病后做出診斷。糖尿病心臟損害早期多屬可逆性病變,如能早期發(fā)現(xiàn),及時治療,大多可以恢復(fù)。早期發(fā)現(xiàn)糖尿病心肌改變，對其預(yù)防和治療有重要的臨床意義。然而在早期糖尿病患者心臟功能無明顯改變，這將延誤糖尿病性心肌病的早期診斷及治療。近期發(fā)展起來的速度向量成像技術(shù)（velocity vector imaging,VVI）是用于評價心肌結(jié)構(gòu)力學、分析局部心功能的超聲新技術(shù)，通過分析心臟室壁各節(jié)段運動速度、應(yīng)變以及應(yīng)變率，全面了解心臟的運動，為早期評價糖尿病性心肌病心功能改變提供了新方法。本文就糖尿病性心肌病產(chǎn)生機理、臨床表現(xiàn)以及VVI的基本原理、臨床應(yīng)用及其優(yōu)越性、局限性等做一綜述。

1 糖尿病性心肌病發(fā)病機制及臨床表現(xiàn)

糖尿病性心肌病是一種與冠心病、瓣膜疾病、高血壓心臟病等無關(guān)的特異性糖尿病相關(guān)性心臟疾病，表現(xiàn)為左心室順應(yīng)性降低、舒張期充盈受損和進行性收縮功能不全等,可以誘發(fā)心力衰竭、心律失常、心源性休克和猝死。目前研究認為糖尿病性心肌病的病理生理過程主要為心肌細胞凋亡,心臟重塑,收縮機制異常并最終發(fā)展為心功能不全[2]。

(1)糖尿病性心肌病的發(fā)病機制是多因素的，至今尚不明確，目前的研究認為心肌細胞代謝紊亂是糖尿病性心肌病最重要的發(fā)病機制，主要表現(xiàn)為糖和脂的代謝異常，包括葡萄糖轉(zhuǎn)運因子4的消耗、游離脂肪酸增加、左旋肉堿缺乏、心肌細胞內(nèi)Ca2+超載等[3]，其次包括心肌纖維化(與血管緊張素Ⅱ、IGF-I及炎性細胞因子的增加有關(guān))、小血管病變（包括微血管病變、冠狀動脈血流儲備受損、血管內(nèi)皮功能受損)、心臟自主神經(jīng)病變(心肌細胞去神經(jīng)支配及兒茶酚胺水平的改變)以及胰島素抵抗(高胰島素血癥及胰島素耐受)。糖尿病性心肌病病理改變表現(xiàn)為在心肌間質(zhì)中有大量糖蛋白沉積浸潤,心肌內(nèi)有彌漫性纖維化和肌纖維肥大、冠狀血管及心肌內(nèi)微血管病變等，這些改變將使糖尿病患者更易發(fā)生心肌缺血并且不易從中恢復(fù)[4]。

(2)糖尿病性心肌病癥狀常不典型，主要包括充血性心力衰竭、心絞痛及心律失常。其中充血性心力衰竭是其主要臨床表現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)糖尿病性心肌病早期血流動力學檢查無明顯心力衰竭癥狀的患者其左心收縮功能正常，但左心室順應(yīng)性降低、其舒張功能常已發(fā)生明顯改變[3]。糖尿病患者心絞痛癥狀不典型、不明顯，患者僅有惡心、嘔吐、心力衰竭，或心律不齊、心源性休克，甚至無任何癥狀，容易漏診、誤診，得不到及時診斷和治療，因此死亡率很高。由于心肌灶性缺血、壞死，心肌纖維化以及交感、副交感神經(jīng)的損害，糖尿病性心肌病患者心律失常發(fā)生率高，各種應(yīng)激、感染、手術(shù)麻醉等都可致猝死，臨床上表現(xiàn)為嚴重心律失?；蛐脑葱孕菘耍鸩⊥蝗?，發(fā)展迅速。

2 速度向量成像（VVI）技術(shù)

2.1 基本原理

速度向量成像技術(shù)基于像素斑點追蹤原理，同時采用特殊參照、最佳模式匹配和邊界追蹤等技術(shù)，利用心尖和心腔內(nèi)靜態(tài)參照物、二尖瓣環(huán)、心腔邊界及邊界鄰近組織運動等對組織精確追蹤，以獲得含精確空間定位信息的成像原始信息，通過聲學采集自動追蹤識別二維圖像中像素的位置，在整個心動周期內(nèi)逐幀追蹤其位移，從而獲取研究對象的運動信息，并對其運動及變形進行重建，分析心肌運動，通過計算得到心肌運動的速度及方向，并在二維超聲圖像的基礎(chǔ)上以疊加速度向量的方式顯示[5]，箭頭的長度即向量的長度，代表組織運動的變化幅度，箭頭所指方向即向量的方向代表組織運動的方向。VVI技術(shù)可用于分析局部心肌功能、分析心臟的扭轉(zhuǎn)、評價心肌運動的同步性、評估心肌缺血、心肌疾病鑒別診斷與隨診以及評價預(yù)后。

2.2 優(yōu)越性及存在問題

VVI技術(shù)優(yōu)點在于其基于斑點追蹤原理,因而不受檢測角度、超聲幀頻、信號噪聲、心臟整體運動、心臟旋轉(zhuǎn)和鄰近心肌節(jié)段被動牽拉的影響,能更準確地估測局部心肌形變,更有效地判斷心室壁運動功能，包括長軸、短軸及環(huán)形方向的運動。Pirat等[6]通過研究證實VVI技術(shù)可在無角度依賴性的情況下對心肌縱向及環(huán)形運動進行精確的測量，并與聲納微測量法具有良好的相關(guān)性。其次VVI技術(shù)綜合了多種超聲追蹤及邊界識別新技術(shù),因而追蹤更加精確，且VVI的時間和空間分辨率都很高。VVI技術(shù)還可得出多種心肌運動及心臟功能參數(shù)，如速度、應(yīng)變、應(yīng)變率、速度達峰時間及應(yīng)變率達峰時間,特別是達75%及50%的速度、應(yīng)變和應(yīng)變率峰值的時間等參數(shù),能有效評價局部心肌運動及評價整體心功能。但是由于VVI是基于二維圖像的斑點追蹤技術(shù),因此其圖像要求盡可能清晰，心臟大小、胸壁厚度以及肺的覆蓋等因素都會影響經(jīng)胸采集圖像的質(zhì)量,進而影響心內(nèi)膜或心外膜邊界的勾畫,這將直接影響分析結(jié)果，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的精確性和重復(fù)性降低。受試者心律不齊及呼吸運動對圖像也有影響,因此在采圖時囑受試者盡量屏氣，取心律基本勻齊的心動周期，采集2～3個心動周期。由于VVI技術(shù)幀頻低，瞬時信息有可能缺失。只有高質(zhì)量的速度向量成像技術(shù)才能反映各時間點心肌節(jié)段的運動信息。

2.3 超聲技術(shù)在評價糖尿病性心肌病中的應(yīng)用

近年來,大量研究表明糖尿病早期可導(dǎo)致左心室的舒張功能減退及收縮功能降低[7]。糖尿病性心肌病最終將發(fā)展成為心衰，早期發(fā)現(xiàn)和治療將延緩其發(fā)展，因此對早期糖尿病性心肌病左室舒張及收縮功能不全的發(fā)現(xiàn)具有重要意義。但是研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)二維超聲心動圖（2DE）不能發(fā)現(xiàn)及診斷糖尿病患者早期單純性左室收縮功能降低，這是由于傳統(tǒng)2DE只能評價左室圓周方向上的功能無法評估長軸方向上的功能[8]。Fang等[9]認為目前臨床上常規(guī)使用二尖瓣口血流頻譜舒張期峰值速度(E、A)反映整體心臟松弛性和僵硬度，使用左室EF值這類負荷依賴性指標在靜息狀態(tài)下作為評價心肌收縮力的指標，但因其受前后負荷、心室順應(yīng)性及房室間壓力階差、心率、年齡等方面的影響,作用有限。隨著糖尿病發(fā)病率的日益攀升，需要一種更敏感的指標來評價糖尿病心肌改變的程度,對早期診斷與治療糖尿病性心肌病有著重要的意義。尹家保等[10]使用背向散射技術(shù)觀察糖尿病患者與正常人，發(fā)現(xiàn)糖尿病患者兩個反映心肌組織不同聲學特性的背向散射參數(shù)標化背向散射積分值（IBS）、背向散射積分值變化幅度（CVIB）均較正常組有顯著性變化,與國內(nèi)其他學者的研究結(jié)果一致，反映超聲背向散射技術(shù)能敏感地檢測到早期糖尿病患者的心肌病變，從而間接反映心肌舒張及收縮功能，但不能對心肌收縮、舒張功能變化量化。王秋蓮，蘆芳等[11]使用應(yīng)變率成像技術(shù)觀察EF及FS仍在正常范圍的兩組糖尿病患者，發(fā)現(xiàn)其收縮期峰值應(yīng)變率(mSRs)較健康對照組有不同程度的減低,當合并左室二維結(jié)構(gòu)改變時mSRs明顯降低,表明應(yīng)變率成像技術(shù)（SRI）能夠較敏感的對糖尿病患者早期的左室舒張和收縮功能作出評價。但以往應(yīng)變率成像是以組織速度成像(tissue velocity imaging,TVI)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的,受到組織多普勒技術(shù)本身局限性的影響，采用建立在VVI技術(shù)基礎(chǔ)上的SRI無角度依賴，對早期心功能不全患者的心肌功能的評價更為全面。國內(nèi)研究人員用VVI結(jié)合負荷超聲心動圖技術(shù)研究糖尿病大鼠的左室壁運動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)收縮期和舒張期環(huán)向應(yīng)變率比其他參數(shù)更敏感地評估心肌損害，這一研究提示VVI可以檢測出糖尿病早期節(jié)段潛在的心肌損害[12]。張軍、秦靜等[13-14]研究表明VVI技術(shù)可用于評價2型糖尿病患者心肌舒張和收縮功能,是評價室壁運動的一種有效工具。謝峰等[15]觀察60名EF和FS正常的亞臨床狀態(tài)成人隱匿性自身糖尿?。↙ADA）患者，發(fā)現(xiàn)其左室局部心肌的收縮、舒張功能均已有不同程度的減退，表明VVI技術(shù)無創(chuàng)且敏感地評價亞臨床狀態(tài)LADA患者早期心功能的異常意義重大。

3 結(jié)語

糖尿病是一種累及全身的代謝障礙性疾病,心肌細胞也同樣受累，可引起糖尿病性心肌病，造成左心室壁增厚、左心室質(zhì)量增加及左心室舒張收縮功能減退。綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)VVI技術(shù)在評價糖尿病性心肌病早期心功能改變方面有著相當大的優(yōu)勢，在多方面都優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)，基于VVI技術(shù)的應(yīng)變及應(yīng)變率等反應(yīng)心肌運動功能參數(shù)是評價糖尿病性心肌病心功能早期改變的敏感指標，可為糖尿病性心肌病臨床早期診斷、治療及預(yù)后提供重要信息。

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