STI在评价2型糖尿病患者右心功能的应用

霍礼琴，孙丽丽，许波，季拓

(1.锦州医科大学；2.锦州医科大学附属第三医院，辽宁 锦州 121000；3.深圳市宝安区妇幼保健院超声科，广东 深圳 518000)

近年来全世界糖尿病患者数量增长迅速，并且由于生活水平的提高及生活方式的改变，2型糖尿病发生率逐年提高，且糖尿病并发症也有增长趋势，特别是糖尿病发生心血管疾病的相对危险性比普通人群增加2～4倍[1]。近年来，众多科研工作者对左心功能的研究倍加关注，并因测量左心功能软件直观方便，而忽视了右心功能所占地位的重要性，采用超声评价右心功能作为现代无创检测方法已经越来越受到关注，已有文献研究中报道糖尿病合并严重心力衰竭患者中，右心室射血分数是死亡率的预测指标[2]。因此，在重视左心室功能的同时，也应注重右心室功能的变化。STI利用时空图像处理方法实时重建心肌组织的运动和变形该技术可以定量研究心肌的局部和整体机械运动，没有角度相关性，重复性、精度和可靠性高等优点可早期发现2型糖尿病患者右心室功能受损，能为临床提供可靠的依据，尽早干预，阻止右心室功能进一步恶化。

本研究旨在观察STI对2型糖尿病患者右心室功能的改变，及时诊治尽早为干预治疗2型糖尿病患者提供帮助。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选取自2019年4月至2020年6月我院门诊及住院部确诊2型糖尿病40例，符合WHO2010年糖尿病诊断标准，左室射血分数≥50%，其中男25例，女15例，年龄30岁～75岁，平均年龄(53.5±3.5)岁；同时选取健康志愿者40例，男女各20例，平均年龄(50.5±2.5)岁，均经检查排除各种原发性及继发性的心肺疾病。

纳入标准：所有入选本研究的糖尿病患者符合WHO 2010年糖尿病诊断标准(符合以下任意标准即可诊断糖尿病)：(1)糖尿病症状和随机血浆葡萄糖浓度≥11.l mmol/L(200 mg/dL)；(2)空腹血糖(FPG)≥7.0 mmol/L(126 mg/dL)；(3)口服葡萄糖耐量试验(OGTT)2 h血糖≥11.1 mmol/L(200 mg/dL)。 或有糖尿病病史、服用降糖药或注射胰岛素且血糖正常的患者。实验组的所有T2DM患者均没有临床症状及收缩或舒张性心衰的临床表现。

排除标准：经病史、实验室检查、心电图、冠状动脉造影，动态血压、超声心动图等检查排除慢性阻塞性肺疾病、肺动脉高压、糖尿病肾病、瓣膜病、冠心病、心律不齐及其他器质性心脏疾患等。本研究遵循赫尔辛基宣言和所有患者的知情同意。

1.2 仪器和方法

美国飞利浦公司生产的IE33彩色多普勒超声诊断仪，S5-1探头，频率1～5 mHz，配备TDI分析软件和Q-LAB 7.0图像分析工作站。 受试者左侧卧，注意呼吸平稳，同步连接心电图，检测心率。超声手术按照美国超声心动图协会规定的国际标准进行。 所有测量值均取3个心动周期的平均值。

1.2.1 彩色多普勒超声心动图检查

根据美国超声心动图学会的推荐，在心尖四腔切面通过脉冲多普勒追踪将采样容积置于三尖瓣口，采样线尽可能平行于三尖瓣血流。 常规超声测量以下指标：RADd-右房直径，RVDd-右室直径，E-三尖瓣口舒张早期血流灌注峰速，A-三尖瓣口舒张晚期峰值灌注峰速，TVE/A-三尖瓣口E/A，LA-左房内径，MVE/A-二尖瓣口E/A，RVEF-右心室射血分数-辛普森法，右心室面积变化分数(△A%)，公式为：(右心室舒张面积-收缩面积)/舒张面积，然后采集并存储3个心动周期二维灰度 -比例心尖四腔动态图像，见图1。

图1 3个心动周期的二维灰阶心尖四腔动态图

1.2.2 TDI检查

取标准心尖四腔心切面，启动组织多普勒模式，调节增益适中，获取最佳信噪比，滤波调节到最低，调节帧频大于等于100帧/秒，将取样线放置三尖瓣环处，声速与室壁运动方向夹角小于20°，以获取沿室壁运动方向上的组织运动的最大速度，记录并测量右心室壁 Em-三尖瓣环舒张早期峰值速度、Am-三尖瓣环舒张晚期峰值速度、计算 Em/Am、IVRT三尖瓣环等容舒张时间，Sm-三尖瓣环收缩期峰值速度、IVCT-三尖瓣环等容收缩时间。

1.2.3 STI技术分析右心室游离壁长轴各节段的应变和应变率

选取二维灰度心尖四腔动态图像，调整帧率60～90帧/秒，清晰显示心内膜和心外膜，每段记录3个完整的心动周期，启动Q-LAB分析软件，从三尖瓣隔膜再到前瓣的整个心肌示踪，软件自动生成感兴趣区域，宽度仅包括心内膜和心外膜之间的心肌，软件自动将游离壁分为基底段、中段、心尖段，记录右心室游离壁各段的V(运动速度)、S(strain，应变)、SR(strain rate，应变率)，并记录每段计算收缩期心肌峰值段的V、S、SRs、舒张早期峰值变形率SRe和晚期峰值变形率SRa，以及SRe/SRa值。

1.3 统计学方法

2 结 果

2.1 糖尿病组与对照组常规超声心动图检测结果比较

RADd、RVDd、E、A、TVE/A、RVEF、△A%测值差异无统计学意义(P>0.05)。糖尿病组LA内径增大，MVE/A减小，说明左室舒张功能减低，以P<0.05为差异有统计学意义，见表1。

2.2 糖尿病组与对照组组织多普勒测值比较：

Em、Am、Em/Am、Sm、IVCT值差异无统计学意义(P>0.05)，IVRT增大，以P<0.05为差异有统计学意义，见表2。

2.3 糖尿病组与对照组STI测值比较：

STI测值结果较：S、SRs、SRa增大、SRe、SRe/SRa、V减小，差异有统计学意义(P<0.05)，见表3～5。

表1 两组常规超声测量值与计算值

表2 两组PW-TDI测量右室侧壁三尖瓣环结果比较

表3 STI测得两组右室游离壁长轴基底段应变及应变率的比较

表4 STI测得两组右室游离壁长轴中间段应变及应变率的比较

表5 STI测得两组右室游离壁长轴心尖段应变及应变率的比较

2.4 对照组与糖尿病组STI测值与不同指标相关性比较

STI测得V与RVEF呈正相关，与IVCT呈负相关，S绝对值与△A%呈正相关，与IVCT呈负相关，SRe与TVE/A呈正相关，SRa与Em/Am呈正相关，SRe与IVRT呈正相关，见表6。

表6 两组不同指标的相关性比较

3 讨 论

随着2型糖尿病的发病率越来越高，并呈现年轻化的趋势，2型糖尿病患者心血管并发症的危险性也明显增加，外周动脉病变，充血性心力衰竭、冠状动脉疾病，心肌梗死和猝死危险增高1～5倍[3]。以往超声主要评估左心功能的改变，而右心作为肺循环的泵系统，对维持整个循环系统的平衡，起着与左心一脉相承的作用，评价2型糖尿病患者的右心室功能值得去研究，对于早期预测肺动脉高压，延缓右心衰，改善肺循环起着举足轻重的作用[4]。

本次研究发现，病例组左房内径测值明显高于正常对照组，而右房直径、右室直径以及右心室面积变化分数并无明显差异。与国外研究结果报道一致，表明糖尿病在影响心脏结构机功能中，左房改变首当其冲[5]。右心室是体循环和肺循环储血和血流通道，其功能是否正常直接影响到整个循环功能系统[6]。由于心肌缺血，心肌受到损伤，其功能也会发生一定的变化[7]。从实验结果可以看出，2型糖尿病患者的右心室收缩和舒张功能指标和用常规方法测量比较，正常对照组无明显变化。但相对于常规超声检查无疑有了明显的进步，能够敏感地表现舒张功能减低，然而组织多普勒成像技术的基础仍然是多普勒原理，故存在相似的局限性，图像的帧频是影响组织多普勒加速度模式观察的最主要因素，过低的帧频可遗漏快速变化起始点和某些传导。PW-TDI测量右室侧壁三尖瓣环运动各指标，是基于右心室长轴方向的运动，只反映了右心室长轴方向的功能，而心肌运动是向四周各个方向运动，也可能会低估右心室舒张功能受损程度，评价右心室收缩功能也是局限于一个方向，右心室心腔长轴，因此也有欠缺。然而组织多普勒也受超声束和室壁运动方向上的夹角、心脏本身运动、呼吸运动、增益等多方面的影响。通过PW TDI测量，从研究结果可以看出，糖尿病组与对照组Em、Am、EM/Am、Sm和IVCT值差异无统计学意义(P>0.05)，IVRT增大，差异有统计学意义(P<0.05)。舒张功能指数如Em、Am、EM/Am、和IVRT发生变化，说明顺应性下降，但其收缩功能指标无明显变化，STI测量的收缩和舒张指数变化显著。这表明2型糖尿病患者早期右心室功能降低。这与我们预想的实验结果想一致，应用该技术测量2型糖尿病患者右心室长轴各节段心肌纵向应变率改变，也印证了2型糖尿病患者右心功能受损。

传统超声心动图评价心功能是临床上最普遍的无创手段之一，主要依靠心内膜位移和室壁增厚率、多普勒血流频谱的测定。经胸超声心动图中，可以从胸骨旁右室流入道切面或心尖四腔切面，获得右心室流入道血流[8]。2型糖尿病患者只是因为右心室较大，最大血流速度略低。 因为右心室射血时间稍长，舒张充盈时间稍短，右心室充盈与左心室充盈相似，故舒张功能同左室一样，按照影响右心室功能的病理生理机制和frank-starling机制，当前负荷即容量负荷增加，但在心脏输出功能的代偿能力之内时，舒张晚期的心肌被拉长，心肌收缩力加大，只有当前负荷超过异常调节能力范围内，才影响右心室功能。2型糖尿病患者右心室功能受前负荷影响较小，受后负荷即压力负荷影响大。实验结果糖尿病患者右室舒张功能指数、三尖瓣口(E/a)、收缩功能RVEF、a%等右室功能指标无明显变化，三尖瓣口右室舒张功能(E/a)受年龄、前后负负荷等因素影响，右心室重量等。三尖瓣环沿右心室长轴的运动与右心室射血分数峰呈正相关。由于右心室室横断面成“新月形”，侧面呈“三角形”，传统的超声心动图在评估右心室和三尖瓣环结构和功能的准确性方面存在局限性。 因此，单一使用二维超声心动图会低估2型糖尿病患者的右心室舒张功能障碍的影响[9]。另外由于右心室很难用数学模型进行模拟，是因为其形态不规则、复杂，运动时右心室壁增厚不明显，因此不可能在同一平面上观察右心室流出道从心尖段和基底段的收缩。组织多普勒成像技术是专门检测心脏室壁反射回来的低频高振幅频移信号，因为关键是采用了低通滤波器确定合适的频率阈值。实验结果评价右心室功能：舒张功能Em、Am、Em/Am，2型糖尿病患者变化无统计学意义，IVRT变化有统计学意义，收缩功能Sm，IVCT变化无统计学意义，2型糖尿病患者早期仅仅只表现顺应性有所下降，而收缩功能组织多普勒也没有明显的改变，而病理生理已经证明其局部收缩功能降低，但相对于常规超声检查无疑有了明显的进步，能够敏感地表现舒张功能减低[10]。

STI技术是逐帧追踪高帧频的二维灰阶图像的斑点回声，采用时、空图像处理方法重建心肌组织的实时运动与变形，此项技术能定量研究心肌局部与整体的力学运动，且具有无角度依赖，可重复性高，准确性可靠等优点。本研究就是想通过STI技术来更早更准确地评价2型糖尿病患者右心室的功能[11-12]。因此，通过STI能更早、更准确地评估2型糖尿病患者右心室功能的技术[13]。总的来说，STI技术测量2型糖尿病患者右室游离壁各节段心肌的速度(V)、应变(S)及应变率(SR)曲线客观的反映了右心室收缩及舒张功能，尤其是2型糖尿病患者早期，较普通超声和PW-TDI技术更为敏感，STI技术有望成为评价2型糖尿病患者右心室收缩及舒张功能的新方法[14]。实验结果得出：SRe，SRa，SRe/SRa值在2型糖尿病组与正常对照组差异有统计学意义，随着病情的延长，心肌进一步缺血，心肌细胞生长由于冠状动脉缺血而生长紊乱，造成心肌微循环障碍，心肌灌注不足，心肌收缩蛋白减少，心肌间质进一步纤维化，糖尿病心肌病发生，心肌重量增加，心肌肥厚，心肌耗氧量增加，最终导致收缩功能障碍。

本研究应用STI技术评价2型糖尿病患者的纵向心肌应变率改变。由于心肌是由7成的纵行纤维和3成的环形纤维构成，该解剖特点决定了心肌纤维在纵轴方向舒张和收缩运动在正常维持心脏功能起着决定性的作用，STI技术能敏感捕捉到，如评价右心室收缩功能的指标V，S，SRs值在2型糖尿病组与正常对照组差异有统计学意义压力可以通过左右心室周围的肌肉束传递到右心室，此外，体液、神经因子也参与了作用。

综上所述，STI技术虽然是近年来发展的新的技术，但是也存在一些不足，需要不断完善，在移动过程中可能会丢失一些跟踪点，从而导致结果出现偏差，未来3D STI技术的发展是广大超声工作者努力的方向[15]。