速度向量成像技术在糖尿病性心肌病中的应用

徐明 周启昌

糖尿病是由于胰岛素分泌绝对或相对不足，并以血糖升高为特征的代谢性疾病。糖尿病常累及心脏及全身血管，易并发心血管并发症。研究表明约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病（diabetic 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，随后被广泛引用于临床及流行病学。Rubler等[1]在解剖患有充血性心力衰竭的糖尿病患者尸体时发现这些死者均无冠状动脉粥样硬化的迹象,病理研究显示左心室肥大并纤维化伴有不同程度的小血管病变。但目前临床上对DCM的诊断尚无统一标准，主要根据病史，结合心脏结构及功能改变，在排除其他心脏疾病后做出诊断。糖尿病心脏损害早期多属可逆性病变,如能早期发现,及时治疗,大多可以恢复。早期发现糖尿病心肌改变，对其预防和治疗有重要的临床意义。然而在早期糖尿病患者心脏功能无明显改变，这将延误糖尿病性心肌病的早期诊断及治疗。近期发展起来的速度向量成像技术（velocity vector imaging,VVI）是用于评价心肌结构力学、分析局部心功能的超声新技术，通过分析心脏室壁各节段运动速度、应变以及应变率，全面了解心脏的运动，为早期评价糖尿病性心肌病心功能改变提供了新方法。本文就糖尿病性心肌病产生机理、临床表现以及VVI的基本原理、临床应用及其优越性、局限性等做一综述。

1 糖尿病性心肌病发病机制及临床表现

糖尿病性心肌病是一种与冠心病、瓣膜疾病、高血压心脏病等无关的特异性糖尿病相关性心脏疾病，表现为左心室顺应性降低、舒张期充盈受损和进行性收缩功能不全等,可以诱发心力衰竭、心律失常、心源性休克和猝死。目前研究认为糖尿病性心肌病的病理生理过程主要为心肌细胞凋亡,心脏重塑,收缩机制异常并最终发展为心功能不全[2]。

(1)糖尿病性心肌病的发病机制是多因素的，至今尚不明确，目前的研究认为心肌细胞代谢紊乱是糖尿病性心肌病最重要的发病机制，主要表现为糖和脂的代谢异常，包括葡萄糖转运因子4的消耗、游离脂肪酸增加、左旋肉碱缺乏、心肌细胞内Ca2+超载等[3]，其次包括心肌纤维化(与血管紧张素Ⅱ、IGF-I及炎性细胞因子的增加有关)、小血管病变（包括微血管病变、冠状动脉血流储备受损、血管内皮功能受损)、心脏自主神经病变(心肌细胞去神经支配及儿茶酚胺水平的改变)以及胰岛素抵抗(高胰岛素血症及胰岛素耐受)。糖尿病性心肌病病理改变表现为在心肌间质中有大量糖蛋白沉积浸润,心肌内有弥漫性纤维化和肌纤维肥大、冠状血管及心肌内微血管病变等，这些改变将使糖尿病患者更易发生心肌缺血并且不易从中恢复[4]。

(2)糖尿病性心肌病症状常不典型，主要包括充血性心力衰竭、心绞痛及心律失常。其中充血性心力衰竭是其主要临床表现，研究发现糖尿病性心肌病早期血流动力学检查无明显心力衰竭症状的患者其左心收缩功能正常，但左心室顺应性降低、其舒张功能常已发生明显改变[3]。糖尿病患者心绞痛症状不典型、不明显，患者仅有恶心、呕吐、心力衰竭，或心律不齐、心源性休克，甚至无任何症状，容易漏诊、误诊，得不到及时诊断和治疗，因此死亡率很高。由于心肌灶性缺血、坏死，心肌纤维化以及交感、副交感神经的损害，糖尿病性心肌病患者心律失常发生率高，各种应激、感染、手术麻醉等都可致猝死，临床上表现为严重心律失常或心源性休克，起病突然，发展迅速。

2 速度向量成像（VVI）技术

2.1 基本原理

速度向量成像技术基于像素斑点追踪原理，同时采用特殊参照、最佳模式匹配和边界追踪等技术，利用心尖和心腔内静态参照物、二尖瓣环、心腔边界及边界邻近组织运动等对组织精确追踪，以获得含精确空间定位信息的成像原始信息，通过声学采集自动追踪识别二维图像中像素的位置，在整个心动周期内逐幀追踪其位移，从而获取研究对象的运动信息，并对其运动及变形进行重建，分析心肌运动，通过计算得到心肌运动的速度及方向，并在二维超声图像的基础上以叠加速度向量的方式显示[5]，箭头的长度即向量的长度，代表组织运动的变化幅度，箭头所指方向即向量的方向代表组织运动的方向。VVI技术可用于分析局部心肌功能、分析心脏的扭转、评价心肌运动的同步性、评估心肌缺血、心肌疾病鉴别诊断与随诊以及评价预后。

2.2 优越性及存在问题

VVI技术优点在于其基于斑点追踪原理,因而不受检测角度、超声帧频、信号噪声、心脏整体运动、心脏旋转和邻近心肌节段被动牵拉的影响,能更准确地估测局部心肌形变,更有效地判断心室壁运动功能，包括长轴、短轴及环形方向的运动。Pirat等[6]通过研究证实VVI技术可在无角度依赖性的情况下对心肌纵向及环形运动进行精确的测量，并与声纳微测量法具有良好的相关性。其次VVI技术综合了多种超声追踪及边界识别新技术,因而追踪更加精确，且VVI的时间和空间分辨率都很高。VVI技术还可得出多种心肌运动及心脏功能参数，如速度、应变、应变率、速度达峰时间及应变率达峰时间,特别是达75%及50%的速度、应变和应变率峰值的时间等参数,能有效评价局部心肌运动及评价整体心功能。但是由于VVI是基于二维图像的斑点追踪技术,因此其图像要求尽可能清晰，心脏大小、胸壁厚度以及肺的覆盖等因素都会影响经胸采集图像的质量,进而影响心内膜或心外膜边界的勾画,这将直接影响分析结果，导致数据的精确性和重复性降低。受试者心律不齐及呼吸运动对图像也有影响,因此在采图时嘱受试者尽量屏气，取心律基本匀齐的心动周期，采集2～3个心动周期。由于VVI技术帧频低，瞬时信息有可能缺失。只有高质量的速度向量成像技术才能反映各时间点心肌节段的运动信息。

2.3 超声技术在评价糖尿病性心肌病中的应用

近年来,大量研究表明糖尿病早期可导致左心室的舒张功能减退及收缩功能降低[7]。糖尿病性心肌病最终将发展成为心衰，早期发现和治疗将延缓其发展，因此对早期糖尿病性心肌病左室舒张及收缩功能不全的发现具有重要意义。但是研究发现传统二维超声心动图（2DE）不能发现及诊断糖尿病患者早期单纯性左室收缩功能降低，这是由于传统2DE只能评价左室圆周方向上的功能无法评估长轴方向上的功能[8]。Fang等[9]认为目前临床上常规使用二尖瓣口血流频谱舒张期峰值速度(E、A)反映整体心脏松弛性和僵硬度，使用左室EF值这类负荷依赖性指标在静息状态下作为评价心肌收缩力的指标，但因其受前后负荷、心室顺应性及房室间压力阶差、心率、年龄等方面的影响,作用有限。随着糖尿病发病率的日益攀升，需要一种更敏感的指标来评价糖尿病心肌改变的程度,对早期诊断与治疗糖尿病性心肌病有着重要的意义。尹家保等[10]使用背向散射技术观察糖尿病患者与正常人，发现糖尿病患者两个反映心肌组织不同声学特性的背向散射参数标化背向散射积分值（IBS）、背向散射积分值变化幅度（CVIB）均较正常组有显著性变化,与国内其他学者的研究结果一致，反映超声背向散射技术能敏感地检测到早期糖尿病患者的心肌病变，从而间接反映心肌舒张及收缩功能，但不能对心肌收缩、舒张功能变化量化。王秋莲，芦芳等[11]使用应变率成像技术观察EF及FS仍在正常范围的两组糖尿病患者，发现其收缩期峰值应变率(mSRs)较健康对照组有不同程度的减低,当合并左室二维结构改变时mSRs明显降低,表明应变率成像技术（SRI）能够较敏感的对糖尿病患者早期的左室舒张和收缩功能作出评价。但以往应变率成像是以组织速度成像(tissue velocity imaging,TVI)为基础发展起来的,受到组织多普勒技术本身局限性的影响，采用建立在VVI技术基础上的SRI无角度依赖，对早期心功能不全患者的心肌功能的评价更为全面。国内研究人员用VVI结合负荷超声心动图技术研究糖尿病大鼠的左室壁运动，结果发现收缩期和舒张期环向应变率比其他参数更敏感地评估心肌损害，这一研究提示VVI可以检测出糖尿病早期节段潜在的心肌损害[12]。张军、秦静等[13-14]研究表明VVI技术可用于评价2型糖尿病患者心肌舒张和收缩功能,是评价室壁运动的一种有效工具。谢峰等[15]观察60名EF和FS正常的亚临床状态成人隐匿性自身糖尿病（LADA）患者，发现其左室局部心肌的收缩、舒张功能均已有不同程度的减退，表明VVI技术无创且敏感地评价亚临床状态LADA患者早期心功能的异常意义重大。

3 结语

糖尿病是一种累及全身的代谢障碍性疾病,心肌细胞也同样受累，可引起糖尿病性心肌病，造成左心室壁增厚、左心室质量增加及左心室舒张收缩功能减退。综上所述，我们不难发现VVI技术在评价糖尿病性心肌病早期心功能改变方面有着相当大的优势，在多方面都优于传统技术，基于VVI技术的应变及应变率等反应心肌运动功能参数是评价糖尿病性心肌病心功能早期改变的敏感指标，可为糖尿病性心肌病临床早期诊断、治疗及预后提供重要信息。

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