2型糖尿病血管并发症影像评价的研究进展

蒋丽 杨志刚 郭应坤 李媛

(1.四川大学华西医院放射科，四川 成都610041；2.四川大学华西第二医院放射科，四川 成都610041)

2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患病率逐年上升，且逐渐向年轻化转变，是危及人类健康以及造成经济负担的主要疾病，成为全球重大公共卫生问题[1]。大量研究已证实糖尿病和心血管病变之间的联系，心血管病变是糖尿病发病和死亡的主要原因，其中全身性大小血管病变是心血管疾病的重要致病因素[2-4]，因此糖尿病患者血管病变的早期发现与评价是疾病干预治疗、延缓进展及预后分析的重要保障。糖尿病血管并发症按照累及血管大小可分为大血管并发症和微血管并发症，大血管并发症主要包括冠状动脉、颈动脉、颅内动脉和下肢动脉等大中型动脉粥样硬化斑块形成、管腔狭窄甚至闭塞，其中冠状动脉和脑血管病变是引起T2DM死亡的主要原因[5-6]；微血管并发症主要包括糖尿病视网膜病变、糖尿病肾病、糖尿病周围神经病变和糖尿病心肌病等，是糖尿病患者致残的主要病因[7]。

1 糖尿病血管并发症影像学评价方式

多种影像设备和成像模态形式可用于糖尿病相关心血管并发症的筛查与评价，目前临床常用的影像学检查方式包括超声、计算机断层扫描(computed tomography， CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging， MRI)、数字减影血管造影(digital subtraction angiography， DSA)、光学相干断层成像(optical coherence tomography，OCT)和正电子发射计算机体层显像仪(positron emission tomography and computed tomography，PET/CT)等[8]，随着新兴技术的发展，越来越多的心血管影像技术和设备运用于临床或临床前期研究，主要用于对糖尿病相关大血管病变及某些特殊微血管病变进行解剖学分析评估和功能学评价。利用影像学检查对血管的结构和功能进行分析，提供疾病严重程度的衡量标准，识别出高风险个体，指导临床医生进行个体风险评估及制定治疗干预策略，对糖尿病相关心血管并发症的诊断、危险分层、预后评估和治疗决策的制定具有重要价值。

糖尿病相关大血管并发症的主要病理基础为全身大中型动脉粥样硬化斑块形成，常见犯罪血管包括冠状动脉、颈动脉和四肢血管等，引起冠心病、脑卒中和糖尿病足等疾病发生。大血管常见的影像学检查方式主要包括血管超声、CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)、磁共振血管成像(magnetic resonance angiography， MRA)、DSA和PET/CT等[9]。血管超声主要用于身体浅表血管的检查，如颈动脉和四肢血管，其无创、无辐射以及便携方便，因此常作为糖尿患者身体浅表血管普查和临床随访的首选成像方式，其次为CTA和MRA，最后确诊及干预为DSA。PET/CT常用于无创性量化动脉粥样硬化血管炎症、早期钙化、斑块缺氧和新生血管生成，提供血管斑块组成成分、分子细胞活动的细节和疾病总体风险负担。在糖尿病相关微血管并发症的评价方面，目前主要基于微血管功能和组织器官功能评价，用于微血管解剖学评价的影像技术在临床运用较少。

1.1 超声

血管超声能有效地显示血管内膜、内径、走向、血流动力学以及动态改变情况，并对管腔中的硬化斑块实施检测，灵敏度及特异度较高[10]。基于二维超声发展的三维超声是一种可量化的新的影像学技术，利用后处理技术进行图像重建，使血管显像直观及立体感强，还能清晰地显示斑块的大小、形态、血流及与邻近结构的关系[11-12]。动脉血管内中膜的病理增生是亚临床斑块早期形成的标志，目前主要通过测量动脉内膜中层厚度，从形态学方面进行血管评估，但在动脉粥样硬化内膜形态改变之前，血管内皮功能已发生紊乱，动脉弹性降低。Pan等[13]利用超快速超声成像技术对颈动脉进行形态学及功能学研究，发现在颈动脉内中膜增厚之前，T2DM患者的颈动脉功能已出现明显损伤。目前利用的多种超声技术，如脉搏波传导速度、速度向量成像技术、超声二维应变技术和超声弹性成像等，不仅能三维实时地显示斑块，还能显示斑块对血管造成的影响，如血管壁形变、弹性和剪切力等[14-15]。张丽等[16]基于高频超声发现糖尿病患者颈动脉斑块更多，易损斑块占比更大。同时，三维超声可动态观察随访患者的斑块转归，评价治疗动脉粥样硬化的疗效。但超声信噪比低，对比CT和MRI，其扫描视野小，对操作者的依赖性强。同时，如果血管检查视野被动脉粥样硬化的密集钙化所遮挡，或目标血管被骨或气体覆盖，均会阻碍超声的充分显示，从而限制超声对目标血管的评价。

1.2 CT

随着CTA技术的发展，头颈部血管动脉的CTA检查逐渐成为检测糖尿病血管病变的主要方法。基于CT三维重建技术的广泛应用，其不仅能从不同角度和方向显示大血管，清晰地显示目标血管走行、血管壁和血管腔内结构变化以及累及器官的损伤程度，还能准确地判定斑块的性质和三维关系，并且通过后处理技术获得的三维重建图像可观察动脉斑块中的成分，极大地提高对斑块特征的分析能力，识别高危斑块，如正性重塑、点状钙化、高衰减斑块和低衰减富含脂质的坏死斑块，特别是斑块中的钙化情况显像清晰，具有扫描方便快捷、图像分辨率和灵敏度高等优点[17]，为相关病变的危险分层和预后判断以及临床医生的治疗决策提供依据。CTA在颈动脉血管评价中，检测狭窄>70%的灵敏度接近100%，特异度为63%[14]。张保朋等[18]基于CTA技术对颈动脉斑块性质进行分析，发现糖尿病患者更易形成颈动脉易损斑块，明显增加脑梗死风险。冠状动脉 CTA作为目前临床最常用的无创性评价冠状动脉解剖结构的影像学方法，可获得包括计算冠状动脉钙化评分、冠状动脉狭窄定性定量分析、高危斑块特征定性分析以及冠状动脉起源走行等临床数据。已有研究[19-20]发现糖尿病血糖控制及患病年限与冠状动脉高风险斑块的发生和发展相关，经CTA评估的“高危”斑块特征对心血管事件的发生具有独立的预测价值。Shi等[21]基于连续冠状动脉CTA评价冠状动脉支架植入术后患者的斑块进展，发现糖尿病与冠状动脉支架植入术后非支架节段的病变进展及严重程度明显相关，提示临床医生应重视T2DM患者冠状动脉非支架节段的管理。CT的缺点包括具有一定的放射性，需使用造影剂。同时，目前CT尚无法进行心肌组织学特征评价，也不宜进行实时动态成像和观察血管动态改变，易受扫描层厚和机器参数影响[12]。

1.3 MRI

近年来MRA作为一种无创检查方式开始逐渐应用于血管病变的筛选诊疗中。MRA属于MRI常规扫描的补充，其无需进行对比剂注射，通过后处理360 °旋转图像，可清晰地显示目标血管病变部位、范围和狭窄程度等，提供可靠的临床诊疗参考[22]。多重对比MRI对组织有很好的表征，不需电离辐射就可研究动脉粥样硬化斑块的成分，对于血管的慢性纵向变化研究提供有用的技术支撑[23]。MRA适用于较稳定的大血管成像，如颈动脉。在颈动脉，MRI优越的软组织鉴别能力允许测量粥样硬化纤维帽厚度及坏死核心，使用造影剂增强可进一步提高对富含脂质核的高危斑块的检测灵敏度[23-24]。如颈内动脉斑块破裂等急性事件， MRI T1WI序列可检测斑块内出血和血栓，为临床诊疗提供影像学证据[25]。中国的一项多中心研究——中国动脉粥样硬化风险评估(CARE-Ⅱ)[26]报道，在有脑前循环缺血症状的患者中，糖尿病患者比非糖尿病患者颈动脉斑块更易出现钙化和富含脂质的坏死核心。MRA也有一定的缺点，若目标动脉内血流缓慢或存在比较复杂的湍流，可能引起MRI信号缺失，MRA技术会高估血管的狭窄程度，且检查时间长，对运动伪影极为敏感[12]。

1.4 DSA

DSA被认为是评估血管狭窄程度与闭塞的“金标准”，能清晰地显示血管的静态解剖结构及动态的血流变化，包括血管狭窄、扩张或闭塞的部位、程度、累及长度以及是否有分支、侧支血管、末梢血管循环及血流动力学，随着三维重建成像的临床应用，血管管腔面积的测量使得DSA更能精确地反映血管的狭窄程度[12]。但Röhrl等[27]在对糖尿病患者足部动脉的研究中发现，MRA较DSA能检测到更多细小血管，评价与糖尿病足相关的炎症并发症，包括骨髓炎、软组织脓肿和瘘管。由于DSA为有创检查，操作复杂，存在电离辐射，因此，目前DSA常在需进行介入治疗时选用，不利于临床筛查[28]。

1.5 OCT

OCT成像方法自1991年Huang等[29]提出后广泛应用于临床医学中，包括在眼科疾病、心血管疾病以及组织癌变等方面的诊断应用。光学相干断层扫描血管成像(optical coherence tomography angiography， OCTA)是一种基于检测血流成像来构建血管网图像的一种新兴技术，其成像速度较快，无需注射造影剂，重复性强，分辨率高。在糖尿病视网膜病变的筛查评估中，其同时能进行三维成像，并对视网膜和脉络膜毛血管丛血流速度、病灶范围和形态进行量化分析，在糖尿病性视网膜病变的诊断中具有重要价值，相比较于传统荧光素眼底血管造影，其避免了使用造影剂所致的过敏等不良反应和造影剂渗漏导致的荧光遮蔽等，检查精确度较高[30-31]。OCTA作为一种无创检测手段，能定量地评估糖尿病引起的视网膜、脉络膜和神经改变，有助于提高对糖尿病视网膜病变病理生理变化的认识，为疾病的诊断、分级、预后、随访及治疗方案选择提供重要的影像学依据[32]。OCTA也存在扫描范围有限以及成像条件严苛等缺点，但随着未来技术的不断完善和突破，OCTA技术会在糖尿病微血管病变的诊治过程中发挥更大的价值[32]。

1.6 PET/CT

PET/CT是一种将具有功能成像的PET和进行解剖结构显像的CT这两种先进的影像学技术有机地结合在一起的新型影像设备。PET基于人体内放射性示踪剂的示踪及显像，实现细胞分子代谢及物质沉积等的显像及评价，是分子影像技术的重要组成部分，同时应用CT技术为这些核素分布情况进行精确定位，使其同时具有PET和CT的优点，发挥出各自的最大优势[33]。PET/CT显示的血管斑块能量代谢在一定程度上反映了斑块的炎症活动和斑块负担，在识别破裂和高风险的斑块中具有重要意义，并与血管壁弹性减低相关，同时提供相应靶器官(如心脏)细胞的存活性、存活数量和缺血部位等信息[34-37]。Bernelot等[38]发现存在周围血管疾病的糖尿病患者中，18F-FDG PET/CT反映的颈动脉炎性活动程度与糖尿病血糖控制情况及血清中的胰岛素含量有关，而与外源性胰岛素使用无关，为将来的进一步优化管理提供了依据。目前常使用18F-FDG及18F-NaF分别作为冠状动脉粥样硬化炎症和微钙化的标志物，陆国秀等[34]研究发现不同于在单纯冠状动脉性疾病中18F-FDG及18F-NaF PET/CT显像效能相当，T2DM伴冠状动脉粥样硬化患者中18F-NaF PET/CT显像的灵敏度和特异度均优于18F-FDG PET/CT，推测T2DM患者的代谢差异使得18F-FDG受到邻近心肌不同程度的影响而干扰成像效果，认为18F-NaF可能较18F-FDG更适合于T2DM伴冠状动脉斑块的评价。Jensen等[39]使用混合PET/CT影像技术发现，使用胰高血糖素样肽-1受体激动剂利拉鲁肽的T2DM患者的冠状动脉对64Cu-DOTATATE的摄取降低，提示利拉鲁肽的抗炎作用，该研究使临床医生对新疗法的心血管作用模式有了更深的理解。

2 未来发展

早期影像评价可在糖尿病血管并发症症状或靶器官功能障碍出现之前检测到显著的变化，未来还能从先进的心血管成像中获得什么？在一个精准和个性化医疗的新时代，新兴动脉粥样硬化成像方法的诊断能力无疑将影响医者对患者的管理方法，并帮助推动心血管研究，以更好地了解疾病机制并测试正在进行的新治疗。近年来，多模式和混合成像技术得到了改进和发展，成为医学分子成像的新前沿，有可能克服单一模式的限制，并在精确的解剖框架内获得无创生理和病理生理测量，可定制患者特定的多模式成像策略，以精确地揭示分子信号，同时将斑块成分和局部血流动力学数据与总体疾病负担的标记相结合，从而摆脱以斑块为中心的方法，进一步认识糖尿病相关血管病变发病机制的复杂性。

在传统影像技术上尝试新的方法同样打破了目前局限的固有使用模式。Chen等[40]基于彩色M型主动脉传播速度识别妊娠期糖尿病患者胎儿血管内皮功能的改变，这种新的测量方法可能代表了一种有前途的无创和简单的方法来评估胎儿的内皮功能，有利于改进妊娠期糖尿病患者胎儿心血管风险评估，更好地筛选出高危个体，并进行相应的预防干预。机器学习及驱动的算法将不可避免地运用于心血管领域的影像学技术革新中，新的计算机技术及算法显著增强了记录数据中的大量信息，为简化工作流程及新的信息发掘提供了可能[41]。

先进的成像技术方法可直接评估心脏和血管的功能和形态，并有能力重新定义心脏，了解心血管疾病，提高对病理学的理解，完善风险分层，选择目标治疗的人群，在未来的心血管疾病的诊断、评估、治疗及预后中发挥重要作用。