超声背向散射积分技术评价2型糖尿病患者心肌病变的研究

            作者：郭沫化 倪锐志 顾云 李佐才 缪 英

【摘要】  目的  探讨心肌背向散射积分(integrated backscatter，IBS)技术在评价2型糖尿病患者心肌病变中的临床价值。方法  对40例2型糖尿病患者、20例健康人用IBS技术测定室间隔(IVS)和左室后壁(LVPW)心肌的心动周期时间平均背向散射积分(AII)、背向散射积分标化值(IBS%)、背向散射积分周期性变异幅度(CVIB)，并行常规超声心动图检查，左室心肌重量。结果  (1)与对照组相比，糖尿病组室间隔和左室后壁中部的IBS%明显增高［(3.8±1.4)vs(2.7±0.9)和(3.63±1.34)vs(2.58±1.07)，P<0.01］，CVIB明显减低［(8.9±2.2)vs(10.3±1.7)和(10.4±2.7)vs(13.2±5.3)，P<0.05］，且室间隔IBS%与Ep/Ap 呈负相关(r=-0.46、P<0.01)，CVIB与Ep/Ap呈正相关(r=0.69、P<0.01)；(2)糖尿病组左室心肌重量增加。结论   心肌背向散射积分参数能早期反映2型糖尿病患者心肌的组织病理改变。
   
    【关键词】  2型糖尿病  背向散射积分  左室心肌重量
    
    【Abstract】  Objective  To evaluate myocardiopathy integrated backscatter (IBS) in patients with type 2 diabetes mellitus.Methods  Ultrasonic integrated backscatter(IBS) and conventional echocardiography were examined in forty patients with type 2 diabetes mellitus and twenty normal subjects.Echocardiographic indices were measured as follows： trans-mitral velocity and velocity time integral，pulmonary venous velocity，mitral annulus velocity and the time averaged value of IB (IBS)，the calibrated time-averaged value of IB (IBS%)，the magnitude of the cyclic variation of IB (CVIB) and left ventricular weight mass(LVWM).Results  (1) The IBS% of septum and left ventricular posterior wall was significantly higher in diabetic patients than those in the control group，while the CVIB lower (P<0.05).The correlation between IBS% and CVIB of septum and transmitral flow indexes E/A ratio was significant (r=-0.46；P<0.01；r=0.69；P<0.01).(2) Left ventricular weight mass in diabetic patients had increased (P<0.05).Conclusion  Ultrasonic integrated backscatter could provide a early method of assessing myocardial histological changes in type 2 diabetes mellitus patients.
   
    【Key words】  type 2 diabetes mellitus  integrated backscatter  left ventricular weigat mass
   
    超声背向散射积分(intergrated backscatter，IBS)技术是近年起来的新型无创性超声组织定征技术，它结合计算机自动处理、分析二维图像中取样容积内背向散射信号的强度大小，而定量评价组织器官的结构特性与功能状态。超声心肌组织定征是基于心肌病理改变时，必然同时有心肌物理(声学)特性改变的理论，通过检测IBS参数的变化来评价和分析心肌组织声学特征，评价分析病理变化类型及变化程度。本文用IBS技术检测2型糖尿病患者心肌的IBS参数并与健康人做对照，以评价2型糖尿病患者心肌组织学特征。
   
    1  资料与方法
   
    1.1  一般资料  糖尿病组：临床确诊2型糖尿患者40例，男19例，女21例，年龄35～66岁，平均(51.6±9.0)岁，病程1个月～20年，均符合1997年ADA/WHO 糖尿病诊断标准。除外其他心脏疾病如冠心病、高血压等及有其他系统疾病影响心脏者(如甲状腺疾病、肾病等)。健康对照组20例，男9例，女11例，年龄33～65岁，平均(48.6±10.0)岁，排除各种原发性或继发性心肺疾病，亦无其他系统明显疾病。
   
    1.2  方法  采用HP SONOS 5500型彩色多普勒超声诊断仪，探头频率为2～4MHz，该机AD-IBS联机分析软件及光盘存储功能。(1) 常规超声心动图检查：用二维和M型超声测量心脏各房室内径、室壁厚度，并据以下公式计算左室心肌重量(left ventricular mass weight，LVMW)：LVMW=1.04［(LVDd+IVST+LVPWT)3-LVDd3］-14(g)，式中LVDd为左室舒张末期前后径，IVST为室间隔厚度，LVPWT为左室后壁厚度。取心尖四腔观，取样容积置于二尖瓣口，使声束与血流方向平行，获得清晰的血流速度图谱后测量E峰速(Ep)，A峰速(Ap)，计算E/A峰速比值(Ep/Ap)。(2)IBS数据采集和分析：受检者左侧卧位，取标准胸骨旁左室长轴切面，调节总增益、时间增益补偿及侧方增益补偿，使二维心内膜最佳显示；将仪器设置调节至AD-IBS分析状态，固定增益(包括总增益、TGC、LGC)条件不变，并使左心室长轴观室间隔和左室后壁信号强度一致。采集IBS图像，将连续2.48s内62帧图像以loop形式存入磁光盘待脱机后分析。脱机分析时将新月形的声学定量分析的取样框(21像素×21像素)置于室间隔(IVS)、左室后壁(LVPW)中部心肌层内，取样跟踪避开心内膜或心外膜信号的干扰，记录每个采样IBS均值平均背向散射积分(AII)和IBS周期性变化幅度CVIB(即PPI)，用心肌AII和心腔AII之比作为校正IBS(IBS%)。
   
    1.3  统计学方法  计量资料用均数±标准差表示；组间比较计量资料用成组t检验；IBS各参数与Ep/Ap进行相关分析，并对相关系数进行显著性检验。数据统计分析采用SPSS 11.0统计分析软件。P<0.05为差异有统计学意义。
   
    2  结果
   
    2.1  糖尿病患者及健康人的常规超声心动图检查结果  见表1，IVST及LVPWT、左房内径(LAd)两组均在正常值范围，但糖尿病组明显大于对照组(P<0.05)；左室心肌重量糖尿病组明显大于对照组(P<0.05)；糖尿病组反映舒张充盈的指标Ep/Ap明显低于对照组(P<0.01)，Ap明显高于对照组(P<0.05)。
   
    2.2  糖尿病组与对照组背向散射积分各参数测定结果比较  见表2，对照组IBS曲线为有规则变化的曲线，舒张末期最大，收缩末期最小，呈正弦波形态，见图1。糖尿病组IBS亦呈周期性变化，但变化幅度减低，曲线低平，见图2。糖尿病患者室间隔与左室后壁IBS%明显高于对照组(P<0.05)，CVIB明显低于对照组(P<0.05，P<0.01)，两组间AII差异无显著性。
   
    2.3  背向散射参数与二尖瓣口血流参数Ep/Ap的相关分析  见表3，IVS-CVIB值与Ep/Ap值呈正相关，糖尿病组与对照组r值分别为0.69和0.66，均P<0.01。糖尿病组IVS-IBS%值与Ep/Ap值呈负相关，r为-0.46，P<0.05。    
    
           表1  糖尿病组与对照组常规超声心动图检测结果比较   

   
   
注：*P＜0.05；△P＜0.01
    
    表2  糖尿病组与对照组左室长轴切面背向散射参数比较  (x±s)  

    注：*P＜0.05；△P＜0.01

        
    表3  各参数与二尖瓣血流参数Ep/Ap的相关分析


    
         注：*P＜0.05；△P＜0.01  

           图1  健康人室间隔IBS时间—强度曲线及IBS值 
          图2  糖尿病患者室间隔IBS时间—强度曲线及IBS值
     
    3  讨论
   
    糖尿病是公认的心血管疾病的危险因素，心血管疾病也是糖尿病最常见的慢性并发症，并且是糖尿病患者死亡的主要原因［1］。近年研究发现不少糖尿病患者的冠状动脉粥样硬化病变并不严重，但是心肌存在细胞坏死，残存心肌细胞肥大，间质胶原沉积、纤维化［2，3］等病理改变。人们对糖尿病合并心血管疾病的研究，已经从单纯的冠状动脉粥样硬化转移到心肌和微血管的病变中。有报道在糖尿病患者未出现冠心病之前数年即可以出现糖尿病心肌病变［4］，这种以心肌肥大和纤维化为特征的心肌病早期无临床症状，舒张功能受损是其早期征象，主要为左室顺应性减低所致。然而，若在亚临床阶段及时诊断糖尿病心肌病并客观评价左室功能，早期采取有效措施防止心脏功能进一步受损，延缓糖尿病性心肌病的及改善预后将有重要意义。故本研究用IBS技术检测40例无明显心脏症状的2型糖尿病患者并与20例健康人做对照，探讨IBS技术评价2型糖尿病患者心肌病变的临床价值。
   
    本研究中糖尿病组与对照组的年龄、性别无明显差异。应用背向散射积分技术测定的室间隔和左室后壁中部IBS各参数显示，对照组IBS曲线为有规则变化的曲线，舒张末期最大，收缩末期最小，呈正弦波形态。糖尿病组IBS亦呈周期性变化，但变化幅度减低，曲线低平。糖尿病患者室间隔与左室后壁IBS%明显高于对照组，CVIB明显低于对照组。常规超声心动图检查发现2型糖尿病患者的室间隔、左室后壁增厚和左房内径增大，左室心肌重量增大。这些改变考虑与胰岛素抵抗(高糖血症和胰岛素敏感性减低)、心肌细胞代谢紊乱(葡萄糖转运体损耗、游离脂肪酸增加、肉毒碱缺乏、钙平衡的改变)、心脏局部肾素—血管紧张素系统(RAS)和交感神经系统(SNS)激活、蛋白激酶C代谢异常、氧化应激等机制［5～7］有关，这些机制导致心肌细胞变性、断裂、坏死、凋亡，心肌内皮细胞增生，心肌肥大，间质胶原沉积、纤维化等病理改变［2，3］，引起室间隔、左室后壁增厚和左室心肌重量增大，左室舒张顺应性降低，左室舒张末压增加，左房内径增大［8］。而心肌背向散射积分是基于心肌病改变必然导致心肌物理(声学)特性改变的理论，评价和分析心肌组织声学特征。心肌组织背向散射信号来源于心肌超微结构不均匀性。心肌IBS随心动周期变化与肌节的节段结构、周期性改变、几何形态即心肌纤维排列的空间方位，心肌运动方向与取样变化等多因素有关，与心率、心脏前后负荷改变无关［5］。表明2型糖尿病患者心肌细胞的肥大和纤维化等组织病理改变导致其心肌背向散射信号的强度发生改变，IBS强度的变化与心肌胶原含量及心肌纤维化程度直接相关，心肌存在纤维化及胶原沉积增加时，IBS值较正常心肌明显升高，CVIB减低［9，10］。同时心肌的病理组织改变导致糖尿病患者左室舒张功能的异常，如本研究观察到的糖尿病组反映舒张晚期充盈的指标Ap明显高于对照组，Ep/Ap明显低于对照组。本研究还观察到，IVS-CVIB值与Ep/Ap值呈正相关，糖尿病组与对照组r值分别为0.69和0.66。糖尿病组IVS-IBS%值与Ep/Ap值呈负相关，r为-0.46。这提示背向散射积分技术可间接反映糖尿病患者的左室舒张功能状态。通过背向散射积分技术检测心肌的声学组织特征变化，可早期发现2型糖尿病患者心肌的组织病理改变，评价左室舒张功能。心肌IBS%和CVIB的改变从组织病理的角度解释了2型糖尿病心肌病变的形态结构和功能异常，为临床早期诊断糖尿病心肌病和评价病损程度提供了一种新方法。
   
                            【】
   
    1  Stamler J，Vaccaro O，Neaton JDG，et al.Diabetes other risk factors and 12-year cardiovascular mortality for men screened in the multiple risk factor intervention Trial.Diabetes Care，1993，16(2)： 434-444.    
    2  Zarich SW，Nesto RW.Diabetic cardiomyopathy.American Heart Journal，1989，118(5)： 1000-1012.    
    3  Fischer VW，Barner HB，Larose LS，et al.Pathomorphologic aspects of muscular tissue in diabetes mellitus.Human Pathology，1984，15(12)： 1127-1136.    
    4  Factor SM，Borczuk A，Charron MJ，et al.Myocardial alterations in diabetes and hypertension.Diabetes Res Clin Pract，1996，31(suppl)： 133-142.    
    5  Fang ZY，Prins JB，Marwick TH.Diabetic Cardiomyopathy：evidence，mechanisms，and therapeutic implications.Endoc Rev，2004，25(4)： 543-567.    
    6  Wakasaki H，Koya D，Schoen FJ，et al.Targeted overexpression of protein kinase C beta2 isoform in myocardium causes cardiomyopathy.Proc Natl Acad Sci USA，1997，94(17)： 9320-9325.    
    7  Ceriello A.New Insights on Oxidative Stress and Diabetic Complications May Lead to a “Causal" Antioxidant Therapy.Diabetes Care，2003，26：1589-1596.    
    8  吴雅峰，朱天刚，徐琳.冠心病超声诊断.北京：人民卫生出版社，2002，105-109.    
    9  Finch-Johnston AE，Gussak HM，Mobley J，et al.Cyclic variation of integrated backscatter：dependence of time delay on the echocardiographic view used and the myocardial segment analyzed.J Am Soc Echocardiogr，2000，13(1)： 9-17.    
    10  Di Bello V，Talarico L，Picano E，et al.Increased echodensity of myocardial wall in the diabetic heart： an ultrasound tissue characterization study.J Am Coll Caridol，1995，25(6)： 1408-1415.