实时三维斑点追踪成像评价2型糖尿病血糖控制不良患者左心室整体收缩功能

高 磊 GAO Lei

刘 昕1 LIU Xin

郭淑芹2 GUO Shuqin

李春擎1 LI Chunqing

实时三维斑点追踪成像评价2型糖尿病血糖控制不良患者左心室整体收缩功能

高 磊1GAO Lei

刘 昕1LIU Xin

郭淑芹2GUO Shuqin

李春擎1LI Chunqing

作者单位
1. 保定市第一中心医院超声科 河北保定071000
2. 保定市第一中心医院内分泌科 河北保定071000

目的 应用实时三维超声斑点追踪成像（RT3D-STI）技术，评价2型糖尿病血糖控制不良患者左心室各三维应变的改变及其与糖化血红蛋白（HbA1c）的相关性。资料与方法 收集经临床确诊为2型糖尿病的69例患者，同时选取42例健康志愿者作为对照组，根据HbA1c值（HbA1c≥6.5%）将病例组分为血糖控制良好组（DM1组）33例和血糖控制不良组（DM2组）36例。应用RT3D-STI采集心尖全容积图像得出两组左心室整体长轴应变（GLS）、左心室整体轴向应变（GCS）、左心室整体径向应变（GRS）、左心室整体面积应变（GAS）、左心室射血分数（LVEF）、左心室舒张末期容积（LVEDV）、左心室收缩末期容积（LVESV）及左心室质量（LVM）等参数，分析3组RT3D-SRI技术评价左心室各三维应变指标的改变及其与HbA1c的相关性。结果 DM1组GAS、GLS、GCS、GRS、LVEDV、LVESV、LVM、LVEF与对照组比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。DM2组LVM较对照组增加（P＜0.01），GAS、GLS较对照组减低（P＜0.05）。DM2组LVM较DM1组增加（P＜0.01），GAS、GLS较DM1组减低（P＜0.01）。GAS、GLS与HbA1c呈负相关（r=－0.773、－0.465，P＜0.01）。结论 2型糖尿病血糖控制不良患者GAS、GLS减低提示心肌功能受损。

糖尿病，2型；血糖；超声心动描记术，三维；斑点追踪成像；心室功能，左

我国糖尿病的发病率逐年升高。患者血糖控制不良可以引起身体各系统的并发症，如糖尿病肾病、糖尿病足、糖尿病心肌病等。糖尿病患者出现心肌病变要早于冠心病数年[1]，因此早期诊断糖尿病血糖控制不良患者的心肌损害对临床治疗、患者预后具有重要的临床意义。实时三维斑点追踪成像（real-time threedimension speck tracking imaging，RT3D-STI）是评价心肌运动的新方法，通过评价随时间变化的心肌的局部和整体应变及其时间来反映心室的收缩和舒张功能[2]。本研究旨在应用RT3D-STI技术评价2型糖尿病血糖控制不良患者左心室各三维应变指标的改变及其与糖化血红蛋白（glycosylated hemoglobin，HbA1c）的相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2013年2月－2014年5月在河北省保定市第一中心医院经临床确诊的69例2型糖尿病患者，均符合1999年WHO诊断标准[3]，空腹血浆葡萄糖≥7.0 mmol/L或口服葡萄糖耐量试验2 h血浆葡萄糖≥11.1 mmol/L，其中男43例，女26例；年龄32～84岁，平均（55±12）岁。根据美国糖尿病学会和WHO标准[3]，以HbA1c值将糖尿病患者分为血糖控制良好组（HbA1c＜6.5%，DM1组）33例和血糖控制不良组（HbA1c≥6.5%，DM2组）36例。DM1组男21例，女12例，年龄32～84岁，平均（55±13）岁；DM2组男22例，女14例，年龄34～78岁，平均（55±11）岁。排除标准：中-重度瓣膜关闭不全、心室肥厚、房颤等严重心律失常者，高血压、肝肾功能不全、近期未服用对心功能有影响的药物及患糖尿病＞10年者[4]。其中，24例冠状动脉造影未见明显异常，其余45例心电图无明显ST-T改变。

同时选取42例健康志愿者作为对照组，其中男29例，女13例；年龄36～77岁，平均（55±15）岁；均无肾脏、心血管、内分泌及代谢性疾病，体格检查、X线、超声心动图均无异常。

DM1组患者体重指数较对照组增加（P＜0.01），两组年龄、性别、收缩压、舒张压、心率、空腹血糖差异无统计学意义（P＞0.05）。DM2组HbA1c、体重指数、空腹血糖较DM1组增加（P＜0.01），DM1组与DM2组性别、年龄、收缩压、舒张压、心率差异无统计学意义（P＞0.05）。DM2组HbA1c、收缩压、舒张压、体重指数、空腹血糖较对照组增加（P＜0.05），DM2组与对照组性别、年龄、心率差异无统计学意义（P＞0.05）。3组一般资料比较见表1。本研究经本院临床试验伦理委员会批准，所有受检者均签署知情同意书。

表1 3组一般临床资料对比

1.2 仪器与方法 采用GE Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪，实时三维全容积探头进行扫查，探头频率1.5～4.0 MHz。由3名超声心动图主治医师完成图像存储，由1名经标准化测量培训的超声主治医师在未知受检者临床情况下完成所有数据测量。受试者取左侧卧位，连接心电图。二维模式下调节仪器以清楚显示心内膜。用常规方法采集二维图像，依据指南[5]进行各指标测量。切换至4D模式，嘱患者屏气，采集连续6个稳定心动周期的动态原始图像（帧频＞60帧/s）。将图像在机分析[6]，在实时三维应变分析环境下，心尖四腔心观、三腔心观及二腔心观可清晰显示，自动显示水平定位线。舒张末期、收缩末期分别在二尖瓣瓣环中点和心尖处心内膜各描记1个点，软件自动描记舒张末期及收缩末期心内膜的追踪轮廓线，测量左心室舒张末期容积（left ventricular end-diastolic volume，LVEDV）及左心室收缩末期容积（left ventricular end-systolic volume，LVESV）。应用Volume waveform软件自动得出容积曲线并计算出左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF），再选“LV Mass”软件自动描记心外膜并自动计算左心室舒张末期心肌质量（left ventricular end-diastolic mass，LVEDM），然后选“RT3D strain ROI”软件自动计算出左心室收缩末期心肌质量（left ventricular end-systolic mass，LVESM），最后选“RT3D strain Results”程序，软件可自动得出左心室各应变指标参数的牛眼图及应变曲线，人工记录左心室整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）、左心室整体圆周应变（global circumferential strain，GCS）、左心室整体径向应变（global radial strain，GRS）、左心室整体面积应变（global area strain，GAS）。

1.3 重复性检验 随机抽取10名受检者的超声图像，由同一测量者间隔1周以上重复测量，以组内相关系数（interclass correlation coefficient，ICC）进行重复性检验，以ICC＞0.8定义为一致性良好[7]。

1.4 统计学方法 采用SPSS 16.0软件，两组年龄、体重指数、HbA1c、收缩压、舒张压、心率、空腹血糖、LVEDV、LVESV、左心室质量（LVM）、LVEF、GAS、GLS、GCS、GRS比较采用独立样本t检验，性别比较采用χ2检验，RT3D-STI各个指标与HbA1c的相关性采用Pearson相关分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组RT3D-STI牛眼图及应变曲线特征比较 对照组RT3D-STI牛眼图颜色均匀一致，GLS曲线为以负向单峰为主的波形，GCS曲线为以负向单峰为主的波形，GRS曲线为以正向单峰为主的波形，GAS曲线为负向平滑曲线，在收缩末期达到负向峰值，见图1。DM1组与DM2组RT3D-STI牛眼图颜色出现差异，应变曲线紊乱、变形不一致，峰值幅度减低，部分曲线峰值倒置或后移，见图2、3。

图1 对照组RT3D-STI牛眼图。A～D分别为GAS、GLS、GCS、GRS收缩期应变峰值曲线；应变曲线平滑，规整，RT3D-STI牛眼图颜色均匀一致

图2 DM1组RT3D-STI牛眼图。A～D分别为GAS、GLS、GCS、GRS收缩期应变峰值曲线；应变曲线紊乱、不一致，RT3D-STI牛眼图颜色不均匀

图3 DM2组RT3D-STI牛眼图。A～D分别为GAS、GLS、GCS、GRS收缩期应变峰值曲线；应变曲线紊乱、不一致，峰值明显减低，甚至出现倒置，RT3D-STI牛眼图颜色明显不均匀，受损心肌相应节段颜色变浅，甚至红色区域出现了蓝色，蓝色区域出现了红色

2.2 3组RT3D-STI技术各参数比较 DM1组GAS、GLS、GCS、GRS、LVEDV、LVESV、LVM、LVEF与对照组比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。DM2组GAS、GLS较对照组减低（P＜0.05），LVM较对照组增加（P＜0.01），LVEF、LVESV、LVEDV、GRS、GCS差异无统计学意义（P＞0.05）。DM2组GLS、GAS较DM1组减低（P＜0.01），LVM较DM1组增加（P＜0.01），LVEF、LVEDV、LVESV、GRS、GCS差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 3组RT3D-STI技术各参数比较

2.3 左心室GLS、GCS、GRS、GAS与HbA1c的相关性HbA1c与GAS、GLS呈负相关（r=－0.773、－0.465、P＜0.01），与GRS、GCS无明显相关性（r=－0.127、－0.042，P＞0.05）。

2.4 重复性检验 GAS、GLS、GRS、GCS检查者内ICC分别为0.935、0.919、0.866、0.864，各测量指标有较好的可重复性。

3 讨论

1972年，Rubler等尸检了4例死于充血性心力衰竭和心律失常的糖尿病患者[8]，排除了冠心病、瓣膜病、高血压、先天性心脏病及酒精性心脏病等，发现其心肌内小血管狭窄、心室壁及小血管壁增厚，管腔狭窄，间质呈弥漫性纤维化，考虑为一种特异性心肌病。此后，Hamby等[9]证实了糖尿病性心肌病的存在，糖尿病心肌病早期可无任何临床症状，晚期患者可出现心绞痛、进行性心功能不全和各种心律失常等临床表现，这可能是糖尿病患者易发生心力衰竭和其预后不良的重要原因。糖尿病患者病程越长，发生心力衰竭死亡的风险越大，且糖尿病前期可发生隐匿的亚临床心肌损害[4]。因此本研究选取病程≤10年的糖尿病患者为研究对象，研究结果发现DM2组患者的GAS、GLS较对照组及DM1组患者减低，且GAS、GLS与HbA1c相关性良好，因此当糖尿病患者出现GAS、GLS减低时，提示患者可能存在血糖控制不良并且出现了心肌功能受损。

以往应用二维超声斑点追踪技术评价心功能具有局限性[10]，心脏心肌结构所产生的超声特征斑点在心动周期中的运动是在三维空间中进行，仅在二维空间内跟踪具有跟踪不完整的局限性。RT3D-STI是在全容积状态下跟踪，克服了只能在一段时间内跟踪到显示于二维灰阶图像上的特定斑点，而另一时间该特征斑点可能已经移出该二维灰阶超声图像平面，超声斑点追踪成像技术所跟踪的斑点已经不是原来所跟踪的斑点的局限性，更能准确地反映心肌运动的功能。实时三维应变还引入了GAS这个新的评价室壁运动的参数，GAS代表了心内膜表面积从起始帧开始在心动周期中改变的百分比，即左心室收缩和舒张时的心内膜表面的形变，它可以视为纵向应变与径向应变的复合。国内外均有学者[6,11]研究实时三维应变参数评估左心室整体收缩功能时发现，实时三维应变参数中的GAS与左心室收缩功能的相关性最好。既往研究表明[12-13]，RT3D-STI技术优于二维超声斑点追踪成像技术，尤其对于早期糖尿病患者的早期心功能异常，对有效防止糖尿病心肌病的发生及发展有积极的意义[14]。

本研究中两组各三维应变指标相比，DM2组的GLS、GAS低于DM1组，可能是由于心内膜下心肌收缩与GLS有关，在心肌纤维化和心肌灌注不足时，心内膜下心肌更敏感[15]，面积应变视为纵向应变与径向应变的复合，因此在血糖控制不良时，GLS、GAS减低，因此推断GLS、GAS可以作为一个较敏感的指标评价糖尿病血糖控制不良患者的心肌损害。DM1组的GCS、GRS与对照组、DM2组比较时差异无统计学意义，说明在糖尿病血糖控制不良患者发生心肌损害中，心肌环向运动无明显受损。Vartdal等[16]认为当心肌梗死范围大于室壁厚度的70%时，GRS才可能出现明显减低，糖尿病心肌损害范围远远小于上述范围，因此本研究中GRS比较差异无统计学意义。

本研究结果显示，DM1组较对照组心肌质量无显著差异，说明血糖控制良好时，心肌质量无增加，心肌细胞无明显变性；而当血糖控制不良时，心肌细胞变性开始，心肌质量增加。Bäcklund等[17]建立糖尿病心肌梗死动物模型后的左心室重塑相关研究表明，大鼠患糖尿病12周已开始出现心肌肥厚、心肌细胞增生和（或）肥大、心肌细胞间质胶原沉积，进而导致心肌质量增加。

本研究将各三维应变指标与HbA1c进行相关性分析发现，GAS、GLS与HbA1c呈负相关性，而GAS相关性最好。HbA1c是人体血液红细胞中的血红蛋白与血糖结合的产物，血糖与血红蛋白的结合可以生成HbA1c，这一结合是不可逆反应，HbA1c值与血糖浓度成正比，并且可以在血液中维持120 d左右，说明HbA1c可以反映患者近8～12周的血糖控制情况。因此当患者血糖控制不良时，在未出现明显心功能减低临床症状时，GAS、GLS的改变提示可能存在心肌功能受损。GRS、GCS与HbA1c相关性较差，考虑GRS、GCS主要受心肌中层的环形纤维收缩能力的影响[6]，因此，即使血糖控制不良出现心肌功能受损，GRS、GCS也不会出现明显减低。

本研究的局限性：RT3D-STI是建立在全容积成像基础上，图像质量易受患者声窗及呼吸影响，另外本研究样本量较小，其是否适用临床仍需进一步加大样本量进行验证。

总之，糖尿病血糖控制不良患者心肌损害的诊断对于预后有重要临床意义，RT3D-STI作为一种简单易行且重复性高的技术为评价糖尿病血糖控制不良患者心肌损害提供了有效的依据，2型糖尿病血糖控制不良患者GAS、GLS减低提示心肌功能受损。

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（本文编辑 冯 婕）

Real-time Three-dimensional Speckle Tracking Imaging in Evaluating Global Left Ventricular Systolic Function in Patients with Type 2 Diabetes and Poor Blood Glucose Control

Purpose To evaluate three-dimensional strain changes of the left ventricle in patients with type 2 diabetes and poor blood glucose control using real-time threedimensional speckle tracking imaging (RT3D-STI), and to assess the correlation between three-dimensional strains and hemoglobin A1C(HbA1c). Materials and Methods Sixty-nine patients with type 2 diabetes and forty-two control subjects were recruited in this study. The patients were divided into DM1 group (patients with well blood glucose control, HbA1c＜6.5%) and DM2 group (patients with poor blood glucose control, HbA1c≥6.5%) according to the glycosylated hemoglobin level. Parameters including global longitudinal strain (GLS), global circumferential strain (GCS), global radial strain (GRS), global area strain (GAS), left ventricular ejection fraction (LVEF), left ventricular end-diastolic volume (LVEDV), left ventricular end-systolic volume (LVESV) and left ventricular mass (LVM) were obtained from cardiac apex full volume images by using RT3D-STI. The parameters of three groups were compared, and the correlation between the cardiac parameters and HbA1cwere analyzed. Results The GAS, GLS, GCS, GRS, LVEDV, LVESV, LVM and LVEF showed no statistic difference between DM1 group and control group (P＞0.05). LVM of DM2 group was higher than that in control group (P＜0.01), but GAS and GLS of DM2 group were lower than those in control group (P＜0.05). LVM of DM2 group was higher than that in DM1 group (P＜0.01), but GAS and GLS of DM2 group were lower than those in DM1 group (P＜0.01). HbA1cwas negative correlated with GAS and GLS (r=－0.773 and 0.465, P＜0.01). Conclusion The reduced GAS and GLS of the patients with type 2 diabetes and poor blood glucose control may indicate damaged myocardial function.

Diabetes mellitus, type 2; Blood glucose; Echocardiography, threedimensional; Speckle tracking imaging; Ventricular function, left

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.06.010

刘 昕

Department of Ultrasonography, the First Central Hospital of Baoding, Baoding 071000, China

Address Correspondence to: LIU Xin

E-mail: lxlx001@126.com

河北省2013年医学科学研究课题计划（20130019）。

R445；R541；R587.1

2015-01-27

修回日期：2015-05-20

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 第6期：439-443，448

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(6): 439-443, 448