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综述
糖尿病心肌病的心脏磁共振成像研究进展
张宏凯 石春彦 杨琳 范占明
[关键词] 糖尿病心肌病ꎻ心肌纤维化ꎻ心肌微循环灌注ꎻ脂肪变性ꎻ心脏磁共振成像[中图分类号] R54 [文献标志码] A [文章编号] 1007 ̄5062(2019)11 ̄1199 ̄05
糖尿病(diabetesmellitusꎬDM)已成为世界范围2014年全球成人糖尿病患病人数从1980年的108人数从1980年的0204亿增加到2014年的1029亿ꎮ糖尿病心肌病(diabeticcardiomyopathyꎬDCM)是糖尿病微血管病变并发症ꎬ也是导致糖尿病患者
内最常见的慢性病之一ꎬ发病率逐年升高ꎮLancet[1]一项全球性的糖尿病流行病学调查显示ꎬ亿增加到2014年的422亿ꎬ中国成人糖尿病患病
为心脏疾患的一站式检查手段[5]ꎮ随着新序列的T2mapping、心肌应变、波谱分析、T1ρ技术和弥散张量成像(diffusiontensorimagingꎬDTI)等技术ꎬCMRI应用范围进一步扩大ꎬ特别对一些病因不明确的疾病诊断能提供有效的评价ꎬ越来越多的用于心脏疾病的诊断[6]ꎬ并已经成为评价心脏结构和功能的“金标准”ꎮ本文就CMRI在DCM评价中的研究进展综述如下ꎮ
1.心脏核磁共振成像评价心脏形态和功能(1)心脏电影成像 平衡稳态自由进动序列
飞速发展及多模态成像的广泛应用ꎬ如T1mapping、
心脏衰竭甚至死亡的主要原因之一ꎮ1974年ꎬHamby等[2]通过病理研究ꎬ首次提出DCM概念ꎬ即患者没有高血压、冠心病、心脏瓣膜疾病和其他病因明确的心脏疾病ꎬ但临床出现不能解释的心功能不全或心脏扩大ꎮ国内外研究表明[3]ꎬDCM根据其分子水平、心脏结构和功能改变ꎬ可分为早、中、晚三个阶段ꎬ绝大多数DCM早期患者未见明显临床症状和体征ꎬ但已出现心功能改变ꎬ特别是舒张功能改变通常早于心脏结构改变ꎬ同时动物实验表明[4]ꎬDCM早期为可逆性病变ꎬ早期血糖控制等能够阻止甚至逆转DCM改变ꎮ因此ꎬ需要一种敏感无创的检查技术ꎬ通过对心脏功能、心肌微循环灌注状态和心肌纤维化的检测评估ꎬ实现对DCM的早期诊断及临床干预效果的评价ꎬ减少并发症、降低死亡率ꎮ
imagingꎬCMRI)可无创检测和评价糖尿病心肌病早手段ꎮCMRI具有高组织分辨率、无辐射、广视野及可重复性好等优点ꎬ可以综合评价心脏形态、功能、心肌组织特征(包括心肌缺血、梗死、水肿和间质纤维化等)、心肌微循环灌注及存活心肌情况ꎬ逐渐成
基金项目:国家自然科学基金常规面上项目(81771791)
(balanceSSFP)是CMR电影成像首选序列ꎬ具有信通过后处理ꎬ可以描述心室壁各段运动情况ꎬ半定量心室大小、容积、LVEF、心肌质量等常规心功能指标[7]ꎮ近年来CMR电影成像对DCM的临床和动物实验有一些报道ꎬRijzewijk等[8]研究显示ꎬ实验组DM患者早期心脏舒张功能受损ꎬ进一步发展为收缩功能障碍ꎬ舒张功能受损明显早于收缩功能ꎬ同时对比超声心动图对DCM患者的左心舒张功能进行评价ꎬ结果证明两者有极好的一致性ꎮZeng等[9]采用CMR电影成像进行的动物实验表明ꎬDM兔的心脏舒张功能受损早于收缩功能障碍ꎮ
噪比高、快速成像及良好的心肌和血池对比等优势ꎮ
心脏核磁共振成像(cardicmagneticresonance
期心功能改变ꎬ因此成为检测DCM的主要影像检查如心肌组织标记技术(myocardialtissuetaggingꎬTag ̄
(2)心肌应变分析技术 心肌应变分析技术ꎬ
ging)和组织特征追踪技术(featuretissuetrackingꎬFTT)可定量评价局部及整体心肌力学改变ꎬ对整个心动周期的心肌运动进行量化评估[10]ꎮTagging技术空间分辨率有限ꎬ同时后处理过程相对复杂ꎬ限制
作者单位:100029首都医科大学附属北京安贞医院 ̄北京市心肺血管疾病研究所医学影像科通信作者:杨琳ꎬ副主任医师ꎬ博士ꎬ研究方向:心血管疾病影像诊断ꎮE ̄mail:anna7949@163.com
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其临床应用ꎮFTT技术只需基于心脏电影成像序列ꎬ不需其它序列ꎬ通过勾画心内膜和心外膜ꎬ追踪像素点的相对位移计算应变(即纵向应变、径向应变和圆周应变)和应变率等指标ꎬ操作简单ꎬ具有广阔应用前景ꎮPaulik等[11]研究证实ꎬ舒张功能异常但射血分数正常的糖尿病控制不理想的2型DM患者ꎬ心肌峰值扭转度增加ꎬ左心室峰值长轴及圆周应变和应变率均减低ꎬ且伴左心室质量增加ꎮ还有研究[12]证实ꎬFFT技术与Tagging技术研究结果具有良好一致性ꎮ
漫纤维化的定量扫描序列ꎬ包括反转恢复序列(in ̄versionrecoveryꎬIR)、饱和恢复序列(saturationre ̄coveryꎬSR)及联合序列ꎮ国外研究表明[16]ꎬ铁超
载、脂质沉积和出血导致T1值下降ꎬ而炎症、水肿、纤维化导致T1值升高ꎮT1mapping有三种参数值:初始T1值(pre ̄T1mapping)、增强T1值(post ̄T1mapping)和细胞外容积分数(extracellularvolumefractionꎬECV)ꎮpost ̄T1mapping可敏感的反应出弥漫性心肌纤维化[17]ꎮpre ̄T1mapping不使用对比剂ꎬ可用于不耐受钆对比剂和合并肾功能不全患者ꎬ
尽管心脏磁共振电影成像目前作为常规心功能评估的主要手段ꎬ但应当注意ꎬ检测出心功能异常时ꎬ患者往往已处于DCM中晚期ꎬ对DCM早期诊断敏感性欠佳ꎮ因此ꎬ结合MRI心肌应变分析技术ꎬ不仅能评估患者整体心功能状态ꎬ也可以对局部心肌的功能进行节段分析2.ꎬ提高DCM早期检出率ꎮ
因素DM心脏核磁共振成像评估心肌纤维化
ꎮDM患者心肌纤维化是导致心室重构的决定性
既可加快冠状动脉粥样硬化形成ꎬ同时可直接损伤心肌ꎬ从而形成弥漫性和局灶性心肌纤维化两种改变ꎮ其中心肌弥漫性纤维化是DCM主要的病理改变ꎬ并得到心内膜下活检或尸检证实ꎮ但心内膜下活检为有创性检查ꎬ临床应用受限ꎮ而多种无创CMRI技术能对这两种纤维化进行定性和定量检测评估[13]性纤维化的“金标准ꎮCMRI”ꎬ但缺乏正常心肌自然对比延迟强化是评价心肌局灶ꎬT2mapping不能检测出弥漫性心肌纤维化ꎬ而T1mapping、
局灶性和弥漫性纤维化改变和T1ρ技术等成像技术可定量评估心肌(1)心肌延迟强ꎮ
enhancementꎬLGE)评估心肌组织活性的常规成像 LGE化CMRI是临床中最先用于
(late
gadolinium
技术ꎬ通过主观评估正常和病变心肌信号差异及延迟强化分布区域ꎬ可鉴别不同类别心肌病ꎮKwong等[14]研究显示ꎬ亚临床DM患者已有心肌LGE表现ꎬ其与心血管不良预后关系密切ꎬ并证实LGE可用来预测亚临床DM患者主要不良心血管事件的发生ꎮ目前ꎬLGE被认为是评价心肌局限性纤维化的“金标准”[8]乏正常心肌自然对比ꎬ不能检测出弥漫心肌纤维化ꎬ但因缺ꎬ
容易出现假阴性[15]严重糖尿病肾病患者ꎮꎬ同时需要新的ꎬ临床上CMRLGE技术弥补其不能用于不足ꎮ
兴的用于检测心肌组织(2)T1mapping技术T1 T1mapping值、评估心肌局灶性和弥
序列是最近新弥补DCMLGE后期不足ꎬ但对ꎮDM既往观点认为大鼠研究ꎬ心肌纤维化发生于[18]表明ꎬ造模后7周大鼠心肌即出现轻度纤维化改变ꎬ提示DCM早期即可发生心肌纤维化ꎮ有临床研究[19]证实ꎬ与健康志愿者相比ꎬDM患者整体Post ̄T1值明显下降ꎮZeng等[9]的DM兔模型实验表明ꎬ随病程延长Pre ̄T1值逐渐升高ꎬPost ̄T1值逐渐下降ꎬPost ̄T1值越低对应的病CVF)理胶原体积分加重ꎮ
值及ECV值越数高ꎬ(预collagen示着心volume肌纤维fractionꎬ化程度分数(3)ECV(Hct)ꎬ通过测量是心肌细胞外间质占心肌组织的体积计算出的pre ̄T1一种值相、post ̄T1对稳定的值及血细胞比容ECV参数指标[17]ꎮ
质沉积等条件下与病理CVFꎬECV值密切相关是一种较好的用于定量评价ꎬ在无水肿和淀粉样物心肌纤维化的影像学指标[20]ꎮ有临床研究[21]发现ꎬ心肌细胞外间质增加早期可逆转ꎬ其可作为药物治疗的靶点用于未来临床干预治疗和预后评价ꎬ因此心肌细胞外间质定量评价愈加重要ꎮZeng等[9]DM感的影像标志物兔模型研究指出ꎬ更高的ꎬECVECV是弥漫性心肌纤维化敏预示着更严重的心肌收缩和舒张功能障碍ꎮ一项大型多中心临床研究[22]显示ꎬ在校正人口统计学、药物治疗和并发症等因素后ꎬDM患者ECV值仍显著高于非DM对照组ꎬ且随访结果表明ECV增加与患者不同终点事件发生和远期预后具有相关性ꎮ同时通过相关药物治疗研究提示[2]因素和治疗靶点选择的影像标记物ꎬECV可能作为DCM早期识别危险(4)T2mapping技术 T2mappingꎮ
评估心肌组织特性的定量评价技术[23]技术是另一种
心肌水肿引起的心肌T2值升高的定量评价ꎬ主要用于由ꎮ但也有研究[23]指出ꎬ高场强MR的T2mapping同样能评估心肌纤维化ꎮBun等[24]证实ꎬ1175TMR设备获得的DM小鼠心肌T2值低于对照组ꎬ同时心肌T2
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值与CVF显著相关ꎮLoganathan等[18]研究表明ꎬ7周DM大鼠心肌T2值较正常对照组明显减低ꎬ可能是由于DM大鼠发生心肌纤维化所致ꎮ但是ꎬT2mapping定量技术的研究尚停留于动物实验阶段ꎬ用于评估DM弥漫性心肌纤维化的相关临床研究还较少ꎮ
(5)其它新技术的研究应用 T1ρ技术可应用
用障碍ꎬ心肌细胞摄取葡萄糖减少ꎬ游离脂肪酸明显增加ꎬ心肌细胞有氧氧化能力下降ꎬ导致心肌舒张和收缩功能减低ꎮ同时ꎬDM患者脂肪代谢功能亢进ꎬ血液脂肪酸浓度升高ꎬ造成心肌脂肪变性及脂质沉积ꎮMRS技术是通过磁共振化学位移现象测量活体内某一具体组织化学成分的方法ꎬ目前采用的1H和31PMRS技术ꎬ能够观察到心肌能量代谢产物的动态改变ꎬ无创定量评价心肌能量代谢和脂肪变性[29]ꎮ心肌细胞基质中的三磷酸腺苷(ATP)和磷酸肌酸(PCr)均为磷代谢物ꎬ当ATP被过量消耗时ꎬ
于急性或慢性心肌损伤改变的检出和评价ꎮvan高ꎬ与T1 ̄mapping有良好一致性ꎬ证实T1ρ ̄mappingOorschot等[25]研究表明ꎬ心肌纤维化患者T1ρ值升可用来检测心肌弥漫性纤维化程度ꎮDTI技术则是基于水分子弥散运动的成像技术ꎮAbdullah等[26]
通过DTI技术探索心力衰竭患者的心肌微观结构特征ꎬ发现DTI参数可用来评估患者心肌弥漫性纤维化程度ꎮ总之ꎬ新技术的应用ꎬ为DCM多模态评价注入新的活力ꎬ为DCM早期检出提供更多有效技术手段ꎮ
3.CMR心脏核磁共振成像评价心肌微循环灌注
态[7]ꎬ常用首过灌注和心肌负荷灌注成像技术定性心肌灌注技术可用于分析心肌微循环状
评价心内膜下低灌注ꎬ定量和半定量计算心肌灌注MPRI)ꎮ
储备指数(myocardialperfusionreserveindexꎬ
患者毛细血管内皮细胞功能障碍及微小血管结构的DM病理机制研究表明ꎬ高血糖状态可导致DM
改变ꎬ早期常造成心肌微循环功能障碍ꎮNaresh7等[27]高脂饮食的C57Bl/6J18~24周小鼠ꎬ通过
量增加0TMRIꎬ而心肌毛细血管密度未见明显异常扫描显示心肌MPRI减低和左心室心肌质ꎬ但冠状动脉小血管功能明显减低ꎮLevelt等[28]通过T1mapping(30TMRI检ShMOLLI)查ꎬ运用结心合脏心电肌影首、过负灌荷注非成增像和强左心室心肌质量正常LGE分析2型DM患者和正常对照组ꎬ无LGE改变ꎬ但ꎬ发现2型LVEF、DM患者较正常对照组心肌MPRI值减低ꎬ而负荷前后心肌T1mappingT1值均有减低技术ꎬ可能监测ꎮ上述结果初步表明负荷非增强循环功能改变ꎬ可作为DCM2亚临床风险因子预测的型DM患者早期心肌微无创影像标记物ꎬ为DM治疗提供早期临床干预机会ꎮ然而ꎬ国内外相关的临床及动物实验研究相对较少ꎬ其可行性需要进一步的研究和探索予以验证ꎮ变性
4.心脏核磁共振成像评价心肌能量代谢和脂肪DM高血糖症造成心肌细胞能量底物供给和利PCr致PCr会转变为/ATP比值下降ATP来稳定细胞内ꎮ31PMRSATP能够定量心肌细水平ꎬ从而导胞基质内PCr/ATP比值ꎬ反映高能磷酸盐代谢状况ꎮ而1HMRS则能够定量心肌细胞基质内三酰甘油(MTG)Diamant含量等ꎮ
[30]发现血糖控制良好的2型DM患者与正常对照组比较ꎬ心肌PCr/ATP值明显减低ꎬ且左心室舒张功能障碍与其显著相关ꎮ可见ꎬDM患者心肌能量代谢受损也可影响左室舒张功能Korosoglou等ꎮ[31]MPRI通过1HMRS、strain ̄encodedMR和较ꎬ舒张期应变值与等技术发现ꎬ2MPR型DM明显减低患者与正常对照组比ꎬ但舒张功能障碍与MPR减低并无明确相关性ꎬ而与MTG密切相关ꎬ独立于年龄、性别、糖尿病病程ꎬ空腹血糖等因素ꎬ说明高血糖患者可能存在心肌脂肪变性ꎬ心肌脂肪沉积能进一步影响心脏舒缩功能ꎮ同样ꎬMahmod等[32]研究显示ꎬ射血分数保留性心衰(HFpEF)患者细胞内PCrMTG含量是正常对照组的23倍ꎬ肪变性可间接损害左心室舒张功能/ATP比值和舒张期应变下降ꎬ从而证实心肌脂同时伴有ꎬ进而影响患者的活动耐量ꎬMTG可能成为治疗HFpEF患者的潜在治疗靶点ꎮ因此ꎬMRS作为无创定量反应心肌能量代谢的新技术ꎬ在DM早期心肌损害辅助诊断中具有很好的应用价值ꎬ但是其存在成像序列的心跳和呼吸依赖性、成本高和检查时间长等缺点限制其临床和科研应用5.CMR总结与展望
ꎮ
改变ꎬ广泛技术可无创检测和评价DCM早期心功能
mapping的国内外临床和动物实验证实分析技术等多模态技术、心肌应变技术ꎬ通过CMR检查、ꎬ心肌灌注技术和波谱能够从不同角度定量评估DM患者心脏结构和功能的异常改变ꎮ同时ꎬ随着CMR新技术(如DTI、DWI、4DFlow等)的陆续应用ꎬ未来能够为DCM早期诊断提供更多定量影像
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