T2-mapping定量评价2型糖尿病患者心功能的初步研究

冯根义，张雷，王建刚，胡清，杨晨曦，李学义，赵志明，刘艳，李明琪，李欣源，郭艳，贺静，何超

糖尿病心肌病(diabetic mellitus cardiomyopaihy，DMCM)是指排除冠心病和高血压，单纯由高血糖引起的心肌疾病，最早由Rubler及Hamby等在1972年和1974年分别指出，其发病机制主要跟糖毒性、脂毒性、高胰岛素血症等因素有关[1]。DMCM往往由于心肌损伤后心室重构导致心功能不全，严重者可引起心力衰竭，成为糖尿病死亡的主要原因，临床早期干预可有效逆转或改善预后[2-4]。目前，临床主要依靠1928年纽约心脏病协会(NYHA)提出的NYHA分级对2型糖尿病(type 2 Diabetes mellitus，T2DM)心功能进行评估，适用于单纯左心衰竭、收缩性心力衰竭患者的心功能分级。该分级虽然于2005年和2009年由美国心脏病学会(ACC)及美国心脏学会(American Heart Association，AHA)做了更新[5]，但仍然缺乏对心功能进行具体的量化分析，且不能提前预测心脏结构的改变。T2DM心肌损伤易导致心肌结构异常，并最终引起心功能障碍。因此，如何有效检测心肌结构的改变，早期制定治疗干预措施，对预防T2DM患者心功能异常至关重要。

磁共振T2-mapping成像能够测量人体组织中的横向弛豫时间(T2值)，通过定量参数无创性评估心肌组织的病理学改变，检出病变极其灵敏[6]，被广泛应用于各种心肌病变的研究中[7]。在临床工作中，糖尿病患者左心室心肌的T2值高于正常心肌，并且与临床心功能(NYHA分级)相关。本研究应用T2-mapping成像技术对T2DM心功能(NYHA分级)进行定量分析，欲通过检测各节段心肌T2值，预测T2DM患者发生心功能异常的可能性。

材料与方法

1.研究对象

本研究为前瞻性研究，获得本院医学伦理委员会批准，所有参与者检查前签署知情同意书。T2DM患者纳入标准：符合1999 年世界卫生组织(WHO)糖尿病的诊断标准，具有NYHA心功能分级、血清甘油三酯(TG)、空腹血糖(FPG)、糖化血红蛋白(HbA1c)及糖尿病病程等临床信息。健康成人纳入标准：①既往体健，无长期抽烟及酗酒史，无先天性心脏病、继发性心脏病病史及家族史；②心电图正常，胸部CT无冠脉及主动脉钙化；③检查前未服用β阻滞剂；④磁共振检查射血分数正常范围(60%～78%)。所有受检者无磁共振检查禁忌症，完成T2-mapping扫描，图像心肌显示清楚，轮廓清晰锐利，或图像中出现少许伪影，但不影响此区域心肌各种参数值测量的准确度。

根据上述纳入标准，选取2016年3月-2020年4月在本院临床确诊的92例T2DM患者为T2DM组，男73例，女19例，年龄52～80岁，平均64.85±7.51岁，糖尿病病程2～22年，平均12.66±5.07年，临床主要表现为胸闷、心悸、气短等。根据NYHA分级将T2DM组分为NYHA Ⅰ级组26例，NYHA Ⅱ级组28例，NYHA Ⅲ级组25例，NYHA Ⅳ级组13例。另外选取与T2DM患者年龄、性别、BMI匹配的健康成人30例为对照组。

2.MRI检查方法

心脏磁共振扫描采用Philips Achieva 1.5T双梯度MR扫描仪，SENSE XL TORSO COIL 16通道线圈。检查前连接好心电门控与呼吸门控，并对受检者进行呼吸训练。T2-mapping应用mGraSE技术于舒张末期扫描，扫描方位包括短轴位基底段、中段、远段和四腔心各一层。扫描参数如下：FOV 300 mm×300 mm，矩阵152×140，激励次数1，触发时间窗10%～20% RR，翻转角90°，TR 1000 ms，TE值依次为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个回波。完成一次扫描屏气时间10～16 s，屏气时间与心率有关。增强扫描经肘静脉注入0.2 mmol/kg钆贝葡胺，注射流率为2 mL/s，延迟10 min后扫描，扫描序列为PSIR TFE，TR 5.0 ms，TI 2.4 ms，翻转角25°，矩阵256×256。

图1 男，53岁，健康成人，ROI内1～17分别表示左心室相应节段心肌。a)短轴位左心室近段T2-mapping图，测量1～6节段心肌T2值；b)短轴位左心室中段T2-mapping图，测量7～12节段心肌T2值；c)短轴位左心室远段T2-mapping图，测量13～16节段心肌T2值；d)四腔心T2-mapping图，测量左心室17节段心肌T2值。

3.图像分析

将所扫描T2-mapping图像在线重建后传至Philips Intelli Space Portal(星云)工作站进行图像分析，T2DM患者首先观察LGE图像，判断LGE的有无、形态和节段分布。根据AHA 2002年提出的标准化心肌分段法，由2名影像科副主任医师分别测量左心室17节段心肌T2值，其中短轴位测量第1～16节段(图1a～c)，四腔心测量第17节段(图1d)。测量时避开血液、心外膜脂肪、肌小梁。心肌节段内无LGE为非强化心肌，有LGE为强化心肌，分别按心肌节段测量非强化心肌和强化心肌的T2值。

4.统计学分析

结 果

1.各组一般临床资料比较

各组一般临床资料比较无显著性差异(P均>0.05)，但T2DM组TG含量随NYHA分级升高而增加，NYHA Ⅲ级、NYHA Ⅳ级组TG的平均含量高于正常值(0.5～1.7 mmol/L)，见表1。

122例受试者共计2074节段左心室心肌的T2值被成功测量，其中T2DM组非强化心肌1542节段，强化心肌22节段，对照组心肌510节段(图2～4)。所有计量资料符合正态性分布(P均>0.05)并满足方差齐性(P均>0.05)。

2.T2DM组与对照组左心室各节段心肌T2值比较

T2DM组各组与对照组左心室各节段非强化心肌平均T2值的统计结果见表2。T2DM组左心室各节段非强化心肌的平均T2值均高于对照组，差异均有统计学意义(对照组

表1 各组一般临床资料比较(P均>0.05)

图2 男，59岁，确诊为T2DM 11年，NYHA Ⅱ级。a)LGE图，左心室中段心肌未见延迟强化；b)T2-mapping图，7～12节段心肌T2值轻度升高(58.54～63.55 ms)。 图3 男，59岁，确诊为T2DM 16年，NYHA Ⅲ级。a)LGE图，左心室8～9节段及10节段部分心肌壁间延迟强化(箭)；b)T2-mapping图，8、9节段心肌的T2值未见升高(51.039～52.54 ms)，10节段心肌的T2值轻度升高(61.04 ms)，7、11、12节段非强化心肌T2值明显升高(67.54～75.04 ms)。 图4 男，62岁，确诊为T2DM 13年，NYHA Ⅳ级。a)LGE图，左心室8、9节段心肌壁间及外膜下可见斑片状不均匀强化(红箭)；心包积液(白箭)；b)T2-mapping图，8、9节段强化心肌的T2值轻-中度升高(55.54～68.55 ms)，7、10、11、12节段非强化心肌T2值明显升高(77.06～86.57 ms)；心包积液(箭)。

左心室延迟强化心肌的平均T2值与对照组差异无统计学意义(57.80±3.82 ms vs. 56.67±3.06 ms，t=-1.671，P=0.095)。

3.T2DM组左心室心肌T2值与临床资料的相关性分析

表2 T2DM组各亚组与对照组左心室非延迟强化心肌T2值比较

表3 T2DM组左心室非延迟强化心肌T2值与心功能、TG、FPG、HbA1c、糖尿病病程的相关性

T2DM组左心室各节段非强化心肌T2值与心功能(NYHA分级)、TG、FPG、HbA1c、糖尿病病程的Pearson相关性分析见表3。T2DM组左心室各节段非强化心肌的平均T2值与NYHA分级呈正相关(P均<0.01)，与TG含量呈轻度相关(0.200.05)。T2DM组FPG、HbA1c含量的平均值均高于正常值，但左心室各节段非强化心肌的平均T2值与FPG、HbA1c含量的多少无相关性。

讨 论

1.T2DM心功能不全的发病机制

左心室舒张功能不全是DMCM的特点，可单独存在或早于收缩功能不全出现[1]，特别是在T2DM中，舒张性心力衰竭的患病率较高[4]。然而，导致T2DM左室舒张功能不全的病理生理机制尚不完全清楚。

T2DM心肌损伤后主要出现心肌脂肪浸润、左心室肥大、心肌胶原间质纤维化增加等结构变化，且主要以心肌细胞内脂肪浸润增加为特征[1]。心肌脂肪沉积是T2DM体质代谢异常的一种结果，并产生应激、炎症等一系列毒性反应，导致心肌细胞凋亡、心室重构、心功能受损[8]。黄琴等[9]对SD大鼠的动物实验证明，T2DM心肌损伤表现为心肌细胞轻度肿胀、间质水肿、炎性细胞浸润、心肌中脂肪颗粒出现等。Guzzardi等[10]认为T2DM心肌损伤主要为心肌脂肪变性和慢性炎症。Sharma等[2]对大鼠的动物实验发现，衰竭心脏心肌间质有颇高的脂肪沉积，而DMCM更为明显。Nakanishi等[3]的尸检结果证明，糖尿病患者的心脏脂肪浸润要比非糖尿病患者的严重。Rijzewijk等[4]认为，心肌脂肪变性是T2DM舒张功能不全的独立预测因子。Korosoglou等[11]认为，T2DM左室舒张功能与心肌甘油三酯含量有关，但与心肌灌注储备受损无关。谢林均等[8]应用1H-MRS对T2DM心肌的测量结果显示，T2DM心肌脂肪储积早于左心室功能障碍，同时发现，心肌水含量与三酰甘油含量之间不存在相关性。因此认为，T2DM心肌损伤后心肌出现脂肪变性、慢性炎症、间质水肿、心肌纤维化等结构变化，而导致心功能不全的主要原因是心肌脂肪变性。

2.T2-mapping成像技术对T2DM心功能(NYHA分级)的初步观察

近年来，在心脏疾病方面，T2-mapping主要应用在缺血性心肌病、病毒性心肌炎的研究中[7,12-16]，一些系统性疾病所致的继发性心肌病变也被纳入研究[6,17-18]。研究认为，T2-mapping对疾病的病理变化非常敏感，除水肿外，炎症、脂肪浸润等均能导致T2值升高。汪苍等[19]应用T1-mapping、T2-mapping对大鼠的肝纤维化和肝脂肪变性进行了评估，结果显示，T1-mapping可无创评估大鼠肝纤维化，与肝纤维化程度呈正相关；T2-mapping可无创评估大鼠肝脂肪变性，与肝脂肪变性呈正相关。

本研究发现，T2DM左心室各节段非强化心肌的平均T2值均高于健康成人，并且与心功能(NYHA分级)呈正相关，NYHA Ⅰ级和NYHA Ⅱ级T2DM的T2值轻度升高，NYHA Ⅲ级、NYHA Ⅳ级的T2值显著升高，但NYHA Ⅰ级组与对照组第4、8、16、17节段左心室非强化心肌的T2值无统计学差异，NYHA Ⅰ级组与NYHA Ⅱ级组第2节段左心室非强化心肌的T2值差异无统计学意义。笔者认为，心肌脂肪变性、慢性炎症、间质水肿是导致T2DM心肌损伤后非强化心肌T2值升高的主要原因，并且T2值升高的程度取决于心肌损伤的程度，同时，T2DM左心室各节段心肌损害的分布并不均匀，其原因有待于进一步研究。本研究中，NYHA Ⅲ级组和NYHA Ⅳ级的T2DM左心室部分(22节段)心肌出现延迟强化，主要表现为心肌壁间或心外膜下的条状、斑片状非缺血性强化，强化心肌的平均T2值轻度升高，但与健康成人左心室心肌的T2值之间差异无统计学意义，这一结果与文献[19]的结果较一致，原因可能是由于病变心肌虽然以纤维化为主，但同时存在慢性炎症、间质水肿和脂肪浸润，因此其T2值轻度升高。

另外，本研究中，T2DM左心室非强化心肌的T2值与TG含量之间呈低度相关，与FPG、HbA1c含量及糖尿病病程不存在相关性，但T2DM心功能(NYHA分级)异常者中，仅显示NYHA Ⅲ级、NYHA Ⅳ级TG含量的平均值高于正常范围，而FPG、HbA1c含量的平均值均高于正常范围，证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损伤，但不能判断心肌损伤的程度，这一结果与谢林均等[8]应用1H-MRS对T2DM心肌测量的研究结果基本一致。

3.本研究的局限性与展望

本研究没有对正常成人不同年龄、性别和BMI的左心室各节段心肌T2值差异进行统计分析，这将是笔者下一步的重点研究方向。目前，虽然CMR图像后处理功能非常强大，但T2值的测量主要依靠人工，其人为因素较多，且测量较为繁琐，如果能将人工智能技术植入，实现自动或半自动测量，对增加临床的应用价值将十分显著。

综上所述，T2-mapping可以定量评价心功能(NYHA分级)，NYHA分级越高，T2值越高，T2DM合并心功能不全的可能性越大。同时，T2-mapping可以间接评估DMCM心肌损伤的程度，早期预测糖尿病心肌损害，为临床定量评价T2DM心功能提供了新的影像学方法。