多模態心血管影像技術對于糖尿病心肌病診斷效能的研究

李 永，殷曉霞，崔書君，楊 飛 ，胡利梅

(1.河北北方學院附屬第一醫院醫學影像部，河北 張家口 075000；2.河北北方學院附屬第一醫院內科， 河北 張家口 075000)

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy, DCM)作為糖尿病的一種嚴重并發癥，主要表現為心肌及微血管的代謝和結構的改變導致心功能出現損傷，嚴重者會出現心力衰竭甚至死亡[1-3]。DCM患者早期一般雖無明顯的臨床表現，但其心功能已出現明顯的異常[4-5]。同時，DCM作為一種可逆性疾病，早期的診斷及治療對于改善患者預后至關重要[6]。針對DCM的診斷，臨床上主要采用影像學檢測及相關生物標志物檢測[7]。當前，心肌病的影像學檢測手段較多，如超聲(ultrasound, US)、心臟CT成像(ardiac computed tomography,CCT)以及心臟磁共振(cardiac magnetic resonance,CMR)等[8-9]。US因其經濟方便的特點，經常作為臨床檢測心功能的首選，但也會受到其精確性、操作人員主觀性強等制約[10]。CMR較US具有更高的精準性和可重復性，被認為是評估患者心功能的金標準，平衡穩態自由進動(balanced steady state free precession，b-SSFP)序列更是被當作心臟MRI電影成像的首選。然而b-SSFP也存在掃描時間久和價格昂貴的問題[11]。CCT雖然可以作為一種方法來快速評估心室功能，但也存在輻射和造影劑等的缺點[12]。當前針對心血管成像檢測在DCM中的研究相對較少。因此，本研究通過對比及合并超聲心動圖、CCT及CMR等影像學檢測，觀察不同的檢測手段對糖尿病心肌病患者心肌功能異常的檢測效能，旨在幫助臨床醫生明確各檢查手段的優劣，從而為DCM患者的影像學診斷方案制定更優的策略。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取我院于2017年6月—2020年6月在門診或病房診斷為糖尿病心肌病的患者120例，同時向社會招募健康志愿者30名。其中，DCM患者男性74例，女性46例，平均年齡(53.48±7.24)歲，平均糖尿病病程(8.01±1.54)年，DCM平均病程(1.52±0.24)年，體重指數(25.47±2.68)，同時根據紐約心臟協會心功能分級對患者進行分級可以發現，Ⅰ級26例、Ⅱ級69例、Ⅲ級25例。健康志愿者男性17例，女性13例，平均年齡(52.96±6.74)歲，體重指數(25.32±2.76)。2組患者的性別、年齡以及BMI指數等基數資料比較差異無統計學意義(P>0.05)，具有可比性。

1.2納入標準及排除標準 DCM患者納入標準參照中華醫學會糖尿病學分會制定的《糖尿病防治指南(2005)》，即①患者明確診斷為糖尿病(1999年WHO診斷標準)；②患者出現胸悶、氣短、心悸等心功能不全表現；③心電圖出現特征性改變；④超聲心動圖及X線出現特征性改變；⑤排除其他原因導致的心臟病。納入患者還需滿足年齡18～75歲及患者及家屬均簽署知情同意書。排除標準：①合并有冠心病、高血壓等其他可能引起心肌病的基礎疾病；②合并有免疫系統疾病、腫瘤、肝腎臟能不全以及其他慢性疾病者；③患者精神類疾病者。

1.3CMR檢查 CMR可準確描述心室腔容積、射血分數、心室壁運動及厚度，當前被認為是心臟病檢測的金標準，因此本研究以CMR檢測結果為標準進行研究。心臟磁共振圖像是在1.5T的商用磁共振掃描儀(Achievea，Philips Healthcare，Best，荷蘭)，通過使用32通道相位陣列心臟線圈進行MR信號接收而獲得的，該掃描儀具有向量心電門控(vectorcardiogram，VCG)。使用2D b-SSFP序列試圖評估室壁異常運動和心肌肥大，心室長軸切面重復時間(repetition time，TR)39.75ms，回波時間(epetition time, TR)1.12 ms，激發角(angle of excitation,FA)70 °，視野(field of view, FOV)300 mm×400 mm，像素間距(pixelspacing)1.8×1.8，矩陣(matrix)156×192，層厚(slice thickness, SL)6 mm, 帶寬(bandwidth, BW)930 Hz/pixel；短軸切面TR 58.96 ms，TE 1.13 ms，FA 70 °，像素間距2.4×1.8，矩陣113×192，SL 5mm，BW930 Hz/pixel[13]。造影劑采用順磁性對比劑Gd-DTPA,劑量為0.2 mL/kg,注射速率為2 mL/s。所有糖尿病心肌病患者和健康志愿者均接受檢查。

1.4心臟計算機斷層掃描(cardiac computed tomography,CCT)檢查 CCT圖像是使用16層多探測器掃描儀(Toshiba, Otawara,Japan)獲得的。圖像采集是由主動脈根部造影劑的出現觸發的。成像參數包括250 ms機架旋轉時間，每次旋轉5 mm，管電壓120 kV，電流300 mA。掃描數據在0.5 mm層厚和0.5 mm層間分辨率下重建，使用回顧性ECG門控，從收縮早期(RR間期的0%)到舒張晚期(RR間期的90%)，步長為10%。掃描觸發閾值為130 HU。為了增強顯影，以5 mL/s(2 g iodine/s)流速靜脈內注射110 mL造影劑(Iomeprol，Iomeron 400，Bracco，意大利米蘭)，然后以相同流速靜脈注射40 mL生理鹽水。CT圖像存儲為DICOM格式，隨后通過ITK ImageFile Reader和VTK Image Viever2對圖像進行重建。

1.5圖像處理 選擇兩位經驗豐富的主治醫師以上級別的影像科醫生對所有影像學圖片進行審閱。醫生對患者的基本信息并不清楚。使用專用軟件(Leonardo VD30B，Siemens Medical Solutions)進行離線定量分析。在短軸上追蹤心內膜和心外膜邊界，測量左心室(left ventricular, LV)和右心室(right ventricular, RV)壁的質量和體積。在左心室底部，主動脈包含在主動脈瓣下的左心室容積中。在舒張末期和收縮末期，當至少50%的血容量被心肌包圍時，主動脈瓣以上的血容量以及二尖瓣平面上被心肌包圍的容積(左心房血容量)被排除在左心室容積之外，選擇基底層作為左心室。通過對cine loops的觀察，將收縮期定義為心室腔最小的框架。為了提高效率和重現性，將乳頭肌和小梁包括在心室容積中(不包括在壁質量中)。心外膜脂肪和心包被排除在心臟和左心室腫塊之外。左心室和右心室舒張末期容積(end diastolic volume,EDV)和收縮末期容積(end systolic volume,ESV)根據改良的短軸視野下的Simpson規則，并用于測定每搏輸出量(stroke volume,SV)、射血分數(ejection fractions,EF)。此外，所有參數均與體表面積(body surface area，BSA)相關，以便進行比較分析，以盡量減少與身高和體重相關的心臟參數的差異。

1.6超聲心動圖檢測 所有患者及健康志愿者均接受超聲心動圖檢測。被檢測者取平臥位，使用彩色超聲診斷儀(IE33, 飛利浦，荷蘭)進行檢測，探頭頻率為2.0～3.5 MHz。于左心室長軸進行M型取樣用以檢測患者心功能。使用Simpson規則計算心室體積，將心臟分割成多個小的切片，將小的切片容積相加即為總的容積。具體方法為取心室四個短軸切面，計算面積并測量長徑后帶入公式：V=(A1+A2+A3)H+A4H/2+H/6+H3[14]。其中A1/A2/A3/A4分別為二尖瓣短軸切面二尖瓣水平、腱索水平、乳頭肌水平及心尖水平的面積，H代表心室長徑。

1.7變異性分析 隨機選取30例患者，由每名患者同一研究人員進行3次檢查，判斷觀察者內的一致性。至少1個月后由同一個主要讀取器和另一名研究人員重復圖像分析，以確定每種成像方式測量的可再現性。

1.8統計學方法 應用SPSS 20.0統計軟件處理數據。采用雙變量線性回歸分析，計量資料比較采用t檢驗。超聲心動圖、CCT與CMR的相關性采用Pearson法。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1不同影像學方法對DCM患者心功能參數的比較 與CMR測量的左心室心功能參數相比較，超聲心動圖測量的EDV和ESV與CMR無統計學差異(P>0.05)，使用超聲心動圖測量的SV、EF要顯著高于CMR測量結果(P<0.05)。與CMR測量的右心室心功能參數相比較，超聲心動圖測量的EDV和ESV與CMR差異無統計學意義(P>0.05)，使用超聲心動圖測量的SV及EF要顯著高于CMR測量結果，差異有統計學意義(P<0.05)。見表1，2。

表1 DCM患者左心室心功能參數比較Table 1 Comparison of left ventricular function parameters in patients with DCM

表2 DCM患者右心室心功能參數比較Table 2 Comparison of right ventricular function parameters in patients with DCM

2.2不同影像學方法對DCM患者檢測結果的一致性分析 使用Pearson相關分析對CMR和超聲心動圖測量左心室心功能參數相關性進行分析，可以發現兩種DCM患者左心室EDV(r=0.811,P<0.001)、ESV(r=0.896,P<0.001)、SV(r=0.874,P<0.001)以及EF(r=0.836,P<0.001)呈高度正相關。將CMR及CCT檢測結果進行比較發現，兩者測量的DCM患者的心功能參數呈高度正相關, DV(r=0.849,P<0.001)、ESV(r=0.825,P<0.001)、SV(r=0.820,P<0.001)以及EF(r=0.877,P<0.001)。使用Pearson相關分析對CMR和超聲心動圖測量右心室心功能參數相關性進行分析，顯示兩種DCM患者右心室DV(r=0.876,P<0.001)、ESV(r=0.868,P<0.001)、SV(r=0.845,P<0.001)以及EF(r=0.861,P<0.001)相關。將CMR及CCT檢測結果進行比較發現，兩者測量的DCM患者的心功能參數呈高度正相關，DV(r=0.884,P<0.001)、ESV(r=0.850,P<0.001)、SV(r=0.808,P<0.001)以及EF(r=0.876,P<0.001)。

2.3不同亞組的DCM患者射血功能的比較 通過對比不同亞組(EF<35%、35%≤EF≤50%、EF>50%,以CMR檢測結果為準)DCM患者的射血功能，我們可以發現不同亞組產生的偏倚不同。當EF>50%時，超聲心動圖和CCT測量的左右心室的射血分數與CMR所測量的結果差異無統計學意義(P>0.05)；而當EF<35%時，超聲心動圖和CCT測量的左右心室的射血分數均略高于CMR所測量的結果，且差異有統計學意義(P<0.05)；當35%≤EF≤50%時，超聲心動圖測量的左右心室的射血分數均略高于CMR所測量的結果，且結果有統計學意義(P<0.05)，而CCT和CMR所測量的結果差異無統計學意義(P>0.05)。

表3 不同亞組的LV射血分數比較Table 3 Comparison of ejection fraction in different subgroups

表4 不同亞組的RV射血分數比較Table 4 omparison of ejection fraction in different subgroups

3 討 論

心室功能障礙的發生發展是導致糖尿病心肌病發病率和病死率增加的主要原因，因此準確測量心室容積和心室功能對DCM的診斷和治療起著關鍵作用[15-16]。DCM可分為早期、中期和晚期三個階段，在DCM患者發病早期患者一般不易發現，但此時患者已出現心功能改變，尤其是舒張功能改變。但當前很少有專門針對DCM患者的心臟結構及功能的影像學研究。超聲心動圖、CCT以及CMR是當前診斷心功能障礙患者常用的檢測手段，但是這些手段對于DCM患者的檢測能力以及檢測結果可靠性研究較少。盡管近年來針對心臟功能評價的影像學技術不斷在發展，但不同的檢測手段依舊存在各自的優缺點[17]。如何通過多模態心血管影像技術來評估患者的心功能也一直是心臟專業放射醫師研究的熱點。

由于心室形狀復雜，加上突出的心內膜小梁使得單切面的心室內內膜邊界識別具有一定的挑戰性[18]。當前心臟成像及功能測定使用最多的方法是超聲心動圖，然而這種方法常導致心室容積測量結果存在偏差，這是因為該檢查手段計算過程中使用的是簡化的幾何模型，同時難以獲得圍繞共同軸旋轉的心室的正交長軸視圖。雖然超聲心動圖在檢測患者心功能的過程中具有明顯優勢，如便宜、便利，方便患者多次進行檢查。但針對早期DCM患者，如果不能精確測量患者心室容積和心功能，很容易出現誤診、漏診現象，從而影響醫護人員對患者的盡早治療。目前，MR被認為是左心室和右心室容積評估的參考標準，與超聲心動圖相比具有更好的準確性和重復性。本研究發現，超聲心動圖檢測的DCM患者的心室容積普遍較CMR小，雖然在左心室無明顯差異，但右心室的ESV要顯著小于CMR的檢測結果(P<0.05)。這可能是因為右心室結構本身較左心室更為復雜，精準測量的難度更大。在心功能檢測方面，我們發現超聲心動圖檢測的EF要普遍高于CMR的檢測結果(P<0.05)。這一結果與王琪等[19]人研究結果存在一定差異。隨后對患者的心功能進行分組，當EF>50%時，超聲心動圖的檢測結果與CMR的檢測結果無明顯差異，而EF<50%時，超聲心動圖的檢測結果要顯著高于CMR的檢測結果(P<0.05)。該研究結果表明，在DCM患者心功能較差時，使用超聲心動圖檢查患者心功能更容易導致患者的誤診，因此當EF<50%時，不僅要對患者進行超聲心動圖檢測，還需要進一步使用CMR檢測深入了解患者心功能。造成這一差異性結果的原因可能是與CMR相比，超聲心動圖或CCT的分辨率較低，這有可能導致心臟射血分數被高估。

CT和MR在計算左心室和右心室容積方面有很好的一致性，并且CT與超聲心動圖相比具有優越性[20]。在本研究中，CCT和CMR在檢測DCM患者心室容積和心功能中展現了很好的一致性，分析參數之間僅存在輕微差異，對臨床診斷影響很小。當EF<35%時，CCT的檢測結果也與CMR表現出一定的差異性，因此我們認為當患者心功能較差時一定要進行CMR檢測。

隨著當前檢測手段的多樣化以及技術的改進，超聲心動圖、CCT以及CMR對于心室容積及心功能檢測的穩定性較好，本研究所有檢測手段的變異性均在15%以內。而三種檢測手段相比，超聲心動圖的變異性相對其它兩者較大，無論在觀察者內還是觀察者間，其變異程度均在10%～15%之間。因此我們認為CCT以及CMR的檢測結果更為穩定，更適合對特殊患者的長期跟蹤隨訪。