T2-mapping定量評價2型糖尿病患者心功能的初步研究

馮根義，張雷，王建剛，胡清，楊晨曦，李學義，趙志明，劉艷，李明琪，李欣源，郭艷，賀靜，何超

糖尿病心肌病(diabetic mellitus cardiomyopaihy，DMCM)是指排除冠心病和高血壓，單純由高血糖引起的心肌疾病，最早由Rubler及Hamby等在1972年和1974年分別指出，其發病機制主要跟糖毒性、脂毒性、高胰島素血癥等因素有關[1]。DMCM往往由于心肌損傷后心室重構導致心功能不全，嚴重者可引起心力衰竭，成為糖尿病死亡的主要原因，臨床早期干預可有效逆轉或改善預后[2-4]。目前，臨床主要依靠1928年紐約心臟病協會(NYHA)提出的NYHA分級對2型糖尿病(type 2 Diabetes mellitus，T2DM)心功能進行評估，適用于單純左心衰竭、收縮性心力衰竭患者的心功能分級。該分級雖然于2005年和2009年由美國心臟病學會(ACC)及美國心臟學會(American Heart Association，AHA)做了更新[5]，但仍然缺乏對心功能進行具體的量化分析，且不能提前預測心臟結構的改變。T2DM心肌損傷易導致心肌結構異常，并最終引起心功能障礙。因此，如何有效檢測心肌結構的改變，早期制定治療干預措施，對預防T2DM患者心功能異常至關重要。

磁共振T2-mapping成像能夠測量人體組織中的橫向弛豫時間(T2值)，通過定量參數無創性評估心肌組織的病理學改變，檢出病變極其靈敏[6]，被廣泛應用于各種心肌病變的研究中[7]。在臨床工作中，糖尿病患者左心室心肌的T2值高于正常心肌，并且與臨床心功能(NYHA分級)相關。本研究應用T2-mapping成像技術對T2DM心功能(NYHA分級)進行定量分析，欲通過檢測各節段心肌T2值，預測T2DM患者發生心功能異常的可能性。

材料與方法

1.研究對象

本研究為前瞻性研究，獲得本院醫學倫理委員會批準，所有參與者檢查前簽署知情同意書。T2DM患者納入標準：符合1999 年世界衛生組織(WHO)糖尿病的診斷標準，具有NYHA心功能分級、血清甘油三酯(TG)、空腹血糖(FPG)、糖化血紅蛋白(HbA1c)及糖尿病病程等臨床信息。健康成人納入標準：①既往體健，無長期抽煙及酗酒史，無先天性心臟病、繼發性心臟病病史及家族史；②心電圖正常，胸部CT無冠脈及主動脈鈣化；③檢查前未服用β阻滯劑；④磁共振檢查射血分數正常范圍(60%～78%)。所有受檢者無磁共振檢查禁忌癥，完成T2-mapping掃描，圖像心肌顯示清楚，輪廓清晰銳利，或圖像中出現少許偽影，但不影響此區域心肌各種參數值測量的準確度。

根據上述納入標準，選取2016年3月-2020年4月在本院臨床確診的92例T2DM患者為T2DM組，男73例，女19例，年齡52～80歲，平均64.85±7.51歲，糖尿病病程2～22年，平均12.66±5.07年，臨床主要表現為胸悶、心悸、氣短等。根據NYHA分級將T2DM組分為NYHA Ⅰ級組26例，NYHA Ⅱ級組28例，NYHA Ⅲ級組25例，NYHA Ⅳ級組13例。另外選取與T2DM患者年齡、性別、BMI匹配的健康成人30例為對照組。

2.MRI檢查方法

心臟磁共振掃描采用Philips Achieva 1.5T雙梯度MR掃描儀，SENSE XL TORSO COIL 16通道線圈。檢查前連接好心電門控與呼吸門控，并對受檢者進行呼吸訓練。T2-mapping應用mGraSE技術于舒張末期掃描，掃描方位包括短軸位基底段、中段、遠段和四腔心各一層。掃描參數如下：FOV 300 mm×300 mm，矩陣152×140，激勵次數1，觸發時間窗10%～20% RR，翻轉角90°，TR 1000 ms，TE值依次為8.8 ms、17.6 ms、26.4 ms、35.2 ms、44.0 ms、52.8 ms、61.6 ms、70.4 ms、79.2 ms共9個回波。完成一次掃描屏氣時間10～16 s，屏氣時間與心率有關。增強掃描經肘靜脈注入0.2 mmol/kg釓貝葡胺，注射流率為2 mL/s，延遲10 min后掃描，掃描序列為PSIR TFE，TR 5.0 ms，TI 2.4 ms，翻轉角25°，矩陣256×256。

圖1 男，53歲，健康成人，ROI內1～17分別表示左心室相應節段心肌。a)短軸位左心室近段T2-mapping圖，測量1～6節段心肌T2值；b)短軸位左心室中段T2-mapping圖，測量7～12節段心肌T2值；c)短軸位左心室遠段T2-mapping圖，測量13～16節段心肌T2值；d)四腔心T2-mapping圖，測量左心室17節段心肌T2值。

3.圖像分析

將所掃描T2-mapping圖像在線重建后傳至Philips Intelli Space Portal(星云)工作站進行圖像分析，T2DM患者首先觀察LGE圖像，判斷LGE的有無、形態和節段分布。根據AHA 2002年提出的標準化心肌分段法，由2名影像科副主任醫師分別測量左心室17節段心肌T2值，其中短軸位測量第1～16節段(圖1a～c)，四腔心測量第17節段(圖1d)。測量時避開血液、心外膜脂肪、肌小梁。心肌節段內無LGE為非強化心肌，有LGE為強化心肌，分別按心肌節段測量非強化心肌和強化心肌的T2值。

4.統計學分析

結 果

1.各組一般臨床資料比較

各組一般臨床資料比較無顯著性差異(P均>0.05)，但T2DM組TG含量隨NYHA分級升高而增加，NYHA Ⅲ級、NYHA Ⅳ級組TG的平均含量高于正常值(0.5～1.7 mmol/L)，見表1。

122例受試者共計2074節段左心室心肌的T2值被成功測量，其中T2DM組非強化心肌1542節段，強化心肌22節段，對照組心肌510節段(圖2～4)。所有計量資料符合正態性分布(P均>0.05)并滿足方差齊性(P均>0.05)。

2.T2DM組與對照組左心室各節段心肌T2值比較

T2DM組各組與對照組左心室各節段非強化心肌平均T2值的統計結果見表2。T2DM組左心室各節段非強化心肌的平均T2值均高于對照組，差異均有統計學意義(對照組

表1 各組一般臨床資料比較(P均>0.05)

圖2 男，59歲，確診為T2DM 11年，NYHA Ⅱ級。a)LGE圖，左心室中段心肌未見延遲強化；b)T2-mapping圖，7～12節段心肌T2值輕度升高(58.54～63.55 ms)。 圖3 男，59歲，確診為T2DM 16年，NYHA Ⅲ級。a)LGE圖，左心室8～9節段及10節段部分心肌壁間延遲強化(箭)；b)T2-mapping圖，8、9節段心肌的T2值未見升高(51.039～52.54 ms)，10節段心肌的T2值輕度升高(61.04 ms)，7、11、12節段非強化心肌T2值明顯升高(67.54～75.04 ms)。 圖4 男，62歲，確診為T2DM 13年，NYHA Ⅳ級。a)LGE圖，左心室8、9節段心肌壁間及外膜下可見斑片狀不均勻強化(紅箭)；心包積液(白箭)；b)T2-mapping圖，8、9節段強化心肌的T2值輕-中度升高(55.54～68.55 ms)，7、10、11、12節段非強化心肌T2值明顯升高(77.06～86.57 ms)；心包積液(箭)。

左心室延遲強化心肌的平均T2值與對照組差異無統計學意義(57.80±3.82 ms vs. 56.67±3.06 ms，t=-1.671，P=0.095)。

3.T2DM組左心室心肌T2值與臨床資料的相關性分析

表2 T2DM組各亞組與對照組左心室非延遲強化心肌T2值比較

表3 T2DM組左心室非延遲強化心肌T2值與心功能、TG、FPG、HbA1c、糖尿病病程的相關性

T2DM組左心室各節段非強化心肌T2值與心功能(NYHA分級)、TG、FPG、HbA1c、糖尿病病程的Pearson相關性分析見表3。T2DM組左心室各節段非強化心肌的平均T2值與NYHA分級呈正相關(P均<0.01)，與TG含量呈輕度相關(0.200.05)。T2DM組FPG、HbA1c含量的平均值均高于正常值，但左心室各節段非強化心肌的平均T2值與FPG、HbA1c含量的多少無相關性。

討 論

1.T2DM心功能不全的發病機制

左心室舒張功能不全是DMCM的特點，可單獨存在或早于收縮功能不全出現[1]，特別是在T2DM中，舒張性心力衰竭的患病率較高[4]。然而，導致T2DM左室舒張功能不全的病理生理機制尚不完全清楚。

T2DM心肌損傷后主要出現心肌脂肪浸潤、左心室肥大、心肌膠原間質纖維化增加等結構變化，且主要以心肌細胞內脂肪浸潤增加為特征[1]。心肌脂肪沉積是T2DM體質代謝異常的一種結果，并產生應激、炎癥等一系列毒性反應，導致心肌細胞凋亡、心室重構、心功能受損[8]。黃琴等[9]對SD大鼠的動物實驗證明，T2DM心肌損傷表現為心肌細胞輕度腫脹、間質水腫、炎性細胞浸潤、心肌中脂肪顆粒出現等。Guzzardi等[10]認為T2DM心肌損傷主要為心肌脂肪變性和慢性炎癥。Sharma等[2]對大鼠的動物實驗發現，衰竭心臟心肌間質有頗高的脂肪沉積，而DMCM更為明顯。Nakanishi等[3]的尸檢結果證明，糖尿病患者的心臟脂肪浸潤要比非糖尿病患者的嚴重。Rijzewijk等[4]認為，心肌脂肪變性是T2DM舒張功能不全的獨立預測因子。Korosoglou等[11]認為，T2DM左室舒張功能與心肌甘油三酯含量有關，但與心肌灌注儲備受損無關。謝林均等[8]應用1H-MRS對T2DM心肌的測量結果顯示，T2DM心肌脂肪儲積早于左心室功能障礙，同時發現，心肌水含量與三酰甘油含量之間不存在相關性。因此認為，T2DM心肌損傷后心肌出現脂肪變性、慢性炎癥、間質水腫、心肌纖維化等結構變化，而導致心功能不全的主要原因是心肌脂肪變性。

2.T2-mapping成像技術對T2DM心功能(NYHA分級)的初步觀察

近年來，在心臟疾病方面，T2-mapping主要應用在缺血性心肌病、病毒性心肌炎的研究中[7,12-16]，一些系統性疾病所致的繼發性心肌病變也被納入研究[6,17-18]。研究認為，T2-mapping對疾病的病理變化非常敏感，除水腫外，炎癥、脂肪浸潤等均能導致T2值升高。汪蒼等[19]應用T1-mapping、T2-mapping對大鼠的肝纖維化和肝脂肪變性進行了評估，結果顯示，T1-mapping可無創評估大鼠肝纖維化，與肝纖維化程度呈正相關；T2-mapping可無創評估大鼠肝脂肪變性，與肝脂肪變性呈正相關。

本研究發現，T2DM左心室各節段非強化心肌的平均T2值均高于健康成人，并且與心功能(NYHA分級)呈正相關，NYHA Ⅰ級和NYHA Ⅱ級T2DM的T2值輕度升高，NYHA Ⅲ級、NYHA Ⅳ級的T2值顯著升高，但NYHA Ⅰ級組與對照組第4、8、16、17節段左心室非強化心肌的T2值無統計學差異，NYHA Ⅰ級組與NYHA Ⅱ級組第2節段左心室非強化心肌的T2值差異無統計學意義。筆者認為，心肌脂肪變性、慢性炎癥、間質水腫是導致T2DM心肌損傷后非強化心肌T2值升高的主要原因，并且T2值升高的程度取決于心肌損傷的程度，同時，T2DM左心室各節段心肌損害的分布并不均勻，其原因有待于進一步研究。本研究中，NYHA Ⅲ級組和NYHA Ⅳ級的T2DM左心室部分(22節段)心肌出現延遲強化，主要表現為心肌壁間或心外膜下的條狀、斑片狀非缺血性強化，強化心肌的平均T2值輕度升高，但與健康成人左心室心肌的T2值之間差異無統計學意義，這一結果與文獻[19]的結果較一致，原因可能是由于病變心肌雖然以纖維化為主，但同時存在慢性炎癥、間質水腫和脂肪浸潤，因此其T2值輕度升高。

另外，本研究中，T2DM左心室非強化心肌的T2值與TG含量之間呈低度相關，與FPG、HbA1c含量及糖尿病病程不存在相關性，但T2DM心功能(NYHA分級)異常者中，僅顯示NYHA Ⅲ級、NYHA Ⅳ級TG含量的平均值高于正常范圍，而FPG、HbA1c含量的平均值均高于正常范圍，證明血清甘油三酯含量高低不能反映T2DM心肌脂肪含量的程度，FPG、HbA1c含量升高可以反映心肌損傷，但不能判斷心肌損傷的程度，這一結果與謝林均等[8]應用1H-MRS對T2DM心肌測量的研究結果基本一致。

3.本研究的局限性與展望

本研究沒有對正常成人不同年齡、性別和BMI的左心室各節段心肌T2值差異進行統計分析，這將是筆者下一步的重點研究方向。目前，雖然CMR圖像后處理功能非常強大，但T2值的測量主要依靠人工，其人為因素較多，且測量較為繁瑣，如果能將人工智能技術植入，實現自動或半自動測量，對增加臨床的應用價值將十分顯著。

綜上所述，T2-mapping可以定量評價心功能(NYHA分級)，NYHA分級越高，T2值越高，T2DM合并心功能不全的可能性越大。同時，T2-mapping可以間接評估DMCM心肌損傷的程度，早期預測糖尿病心肌損害，為臨床定量評價T2DM心功能提供了新的影像學方法。