磁共振擴散張量成像技術評估男性2型糖尿病早期腎損傷的價值

葉信健 崔詩浛 宋佳雯 黃小燕 周永進 劉 錕 王 靚 嚴志漢

糖尿病腎臟疾病(diabetic kidney disease，DKD)是糖尿病常見的微血管病變之一，見于約25%～40%的糖尿病患者[1]。我國糖尿病腎臟疾病的患病率呈快速增長趨勢[2]。糖尿病腎臟疾病已經成為國內接受透析的慢性腎病人群的首要病因[3]。 因此早期診斷糖尿病腎病并進行干預治療具有非常重要的臨床意義。然而，糖尿病患者在腎損傷的早期階段往往沒有癥狀，目前臨床上一般使用基于血清肌酐的估算腎小球濾過率(eGFR)和尿蛋白肌酐比值(urinary albumin/creatinine ratio，UACR)兩項指標預測糖尿病患者早期腎損傷。根據2011年美國腎臟病基金會制定的腎臟病生存質量指導指南(NKF/ KDIGO)和2014年美國糖尿病協會(ADA)建議, 1～2期的DKD定義為GFR≥60ml/(min·1.73m2)并且有其他腎損傷的證據(一般是存在微量白蛋白尿，即UACR≥30mg/g并持續3個月以上)[1, 4]。然而，近年來研究發現，尿蛋白排泄受多種生理病理狀態的影響，相當多的糖尿病患者GFR異常的同時尿蛋白排泄沒有增加[2]。

慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)的早期階段尤其是CKD1期，腎臟處于高濾過狀態(eGFR可以顯著升高或輕度升高或沒有變化)，此時僅憑eGFR和尿蛋白往往會漏診糖尿病早期腎損傷。NKF/KDIGO指南中特別提及，對于CKD1期和2期的患者，除了UACR≥30mg/g外，“腎損傷”的其他依據還包括腎小球源性血尿、尿沉渣異常、放射學異常和其他異常表現[2]。在影像學檢查手段中，磁共振擴散張量成像作為一種功能磁共振技術，通過各向異性分數(fractional anisotropy, FA)和表觀擴散系數(apparent diffusional coefficient, ADC) 兩個參數無創性地敏感地檢測組織內水分子的微觀擴散運動的方向和幅度，已廣泛用于腦、脊髓、周圍神經等疾病。腎臟實質內存在大量的血管結構和集合系統，特別是髓質區分布著從皮質到腎盂輻射狀規律排列腎小管和毛細血管袢。因此，腎臟的水分子運動模式存在一定的各向異性。這一特性對擴散張量成像技術在腎臟疾病中的應用提供了解剖和生理學依據[5]。

目前國內外針對腎臟擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)在早期糖尿病腎臟損傷的診斷價值研究報道較少[6～8]。為此，本研究測量了正常男性(中位年齡47歲)正常人ADC、FA值，并對 CKD分期在1期和2期的男性成人2型糖尿病患者分別進行腎臟DTI檢查，觀察這些病例和正常人之間是否有差異，以及相應的成像數據和臨床eGFR、UACR等診斷指標的相關性，探索這一技術在診斷糖尿病早期腎損傷的臨床價值。

對象與方法

1.對象：(1)對照組：14例健康正常男性志愿者，年齡30～60歲，中位年齡47歲。(2)糖尿病組： 27例男性2型糖尿病T2DM患者，患者年齡25～60歲，中位年齡45歲，收集自2016年9月～2018年1月在筆者醫院住院患者的病例、病程超過兩年。所有T2DM患者均符合2014年美國糖尿病協會ADA的T2DM診斷標準，排除標準：大血管疾病(如腦血管疾病、心血管疾病)、原發性高血壓、慢性肝病、原發性腎小球腎炎、腎臟腫瘤、常染色體遺傳性多囊性腎臟疾病[9]。所有受試者了解本研究的目的和內容后簽署知情同意書。

2.方法：(1)所有受試者在磁共振檢查前1周內采集血樣進行肝腎功能、血糖檢測，糖尿病患者另外還檢測了隨機尿白蛋白、尿α1微球蛋白、尿轉鐵蛋白(transferrin)、尿肌酐、糖化血紅蛋白。3種尿蛋白分別與尿肌酐相除得到相應比值。使用慢性腎臟病流行病協作(chronic kidney disease epidemiology collaboration，CKD-EPI)公式，按照基于血肌酐的估算腎小球濾過率eGFR，男性,Cr≤79.2μmol/L的eGFR=141×(Cr/88/0.9)-0.411×(0.993) ×年齡; Cr>79.2μmol/L 的 eGFR=141×(Cr/88/0.9)-1.209×(0.993) ×年齡。然后根據KDOQI指南，將患者分為CKD1期[eGFR ≥90ml/(min·1.73m2)]和2期[eGFR60～89ml/(min·1.73m2)]兩組[10]。(2)磁共振檢查前禁食禁水3～4h，停止服用呋塞米等利尿藥24h。磁共振掃描參數：所有圖像在GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀上進行，采用8通道體部線圈，仰臥位，足先進，自由呼吸，在腎周放置6條內置飽和帶，掃描36個層面覆蓋雙側腎臟，DTI參數如下：TR/TE 3000ms/minimum，層厚/層間距 5mm/1mm，FOV 28cm×28cm，矩陣128×128，激勵次數(NEX)2，b值為0、800s/mm2，擴散梯度方向6個。掃描時間為150s。(3)圖像后處理：獲取的DTI原始圖像傳入GE AW4.6工作站，利用內置diffusion tensor imaging軟件(Advantage Workstation software 4.6,GE Healthcare) 進行后處理分析，得參數ADC、FA值。所有圖像后處理由兩名分別具有7年和20年工作經驗的放射科醫生單獨進行評估。所有參數圖均放一個橢圓形ROI置于雙側腎臟掃描中心層面的前唇、后唇及中部的(圖1)皮質、髓質區域，注意避開腎盂、血管及局部偽影區域，記錄每例12個ROI的平均值，對所有測得皮質、髓質ROI值取平均值，分別得到各參數左右腎皮、髓質平均值。最后，對兩名放射科醫生測得所有參數值進行平均后用于最終結果分析。

圖1 腎臟感興趣區ROI放置示意圖軸位b0圖、ADC圖和FA圖，分別顯示了兩腎皮、髓質前、中、后唇內3個獨立圓形ROI，每例一共12個ROI

結 果

對照組和糖尿病CKD1期和2期組的臨床資料詳見表1。其中，血肌酐(SCr)、估算腎小球濾過率(eGFR)、尿酸(UA)3組之間比較，差異有統計學意義(P<0.05)。

表1 全部研究對象臨床資料

對照組和糖尿病CKD1期和2期組的各自皮質ADC值均顯著高于髓質ADC值，糖尿病CKD1期和2期組和對照組的各自髓質FA值均高于皮質，差異有統計學意義(P<0.01)，詳見表2。

表2 皮髓質FA和ADC值比較

表2和圖2分別展示了糖尿病不同分期組和對照組DTI測量參數結果。3組腎皮質和髓質的FA值比較，差異有統計學意義(皮質FA,Z=12.037,P=0.002;髓質 FA,F=9.078,P=0.001)。組間兩兩比較，皮質FA值在1期組和對照組比較(P=0.021)、2期組和對照組比較,差異有統計學意義(P=0.009)；髓質FA值在1期組和對照組比較(P=0.026)，2期組和對照組比較(P=0.000)，1期組和2期組比較(P=0.010)，差異有統計學意義。

圖2 3組間皮髓質ADC和FA值比較

腎皮質和髓質的ADC值3組間比較，差異無統計學意義(皮質 ADC,Z=5.112,P=0.078; 髓質ADC,F=3.214,P=0.051)。

糖尿病組患者腎FA值與部分臨床資料數據存在不同程度的相關關系。其中，皮質FA值和eGFR之間(Pearson相關系數r=0.434,P=0.024)，髓質FA值和eGFR之間(Pearson相關r=0.520,P=0.005)呈正相關。DTI參數和UA、BUN、UACR、UTRFcr均無相關關系，皮質FA值與UA1MCR之間呈負相關(Spearman相關系數r=-0.455,P=0.017)。

討 論

本研究發現，男性糖尿病患者CKD1期組的eGFR顯著升高即處于高濾過期，2期組eGFR顯著下降，部分患者伴有微量白蛋白尿。1期組和2期組的腎皮髓質FA值都較對照組明顯減低，糖尿病組的皮髓質FA值與eGFR值的下降呈正相關，皮質FA的下降與α-1微球蛋白肌酐比UA1MCR呈負相關。這些結果提示了本組納入的男性糖尿病患者雖然處于腎損傷的初期，但腎內均已經出現了一定程度的生理功能改變甚至病理改變，而DTI參數可能反映了這些細微的疾病進程。

本研究中，對照組和糖尿病1期和2期組的各自腎臟髓質FA值均明顯高于皮質，各自皮質ADC值均明顯高于髓質，這種特殊的參數差異表現與腎臟本身的解剖學和生理學特點相符。腎皮質內的入球、出球小動脈起自弓狀動脈，其走行有一定規律，而腎小管更是從皮質到腎盂放射狀排列，特別在腎髓質區排列更加規則，腎小管周圍的髓袢血管分布也是有一定方向性。因此，腎內這些小管、血管的分布造成了腎組織內水分子擴散運動各向異性明顯不同，使得DTI的FA參數皮質髓質差異有統計學意義，是腎DTI技術應用的前提基礎[11～13]。腎血流動力學研究表明，腎血流量的90%分布在皮質，僅10%進入了髓質，這種血流灌注的不均勻造成了腎組織內水分子擴散幅度的顯著差異，使得皮質ADC值顯著高于血流灌注較低的髓質區[14]。

根據eGFR對本組患者進行了CKD分期，1期和2期組患者的皮質、髓質FA值均較對照組顯著減低，而且2期患者的髓質FA值較1期組也是顯著減低，皮髓質的FA值減低與eGFR有一定的相關關系。這一發現與Lu等[6]的研究相似，他們發現在eGFR>60的早期階段DKD患者和eGFR<60的晚期DKD患者隨著病程進展，腎髓質FA值和eGFR呈正相關。本研究對eGFR>60的早期階段DKD患者依據eGFR是否>90分為1期和2期組，同樣得到了腎臟FA值隨著病程進展而減低這一結果。Hueper等[7]研究糖尿病腎病大鼠發現，糖尿病組大鼠只有皮質FA是顯著低于對照組，FA值與皮質內腎小球硬化和腎小管擴張程度呈負相關，與內髓質的腎小管間質纖維化也呈負相關，說明DTI的改變和糖尿病腎病理改變有關。一些臨床和動物實驗的DTI研究也表明，腎小管細胞腫脹，腎小管上皮細胞退變，基膜增厚，腎小球硬化，小管管腔擴張，甚至小管壞死，小管間質纖維化都可能出現在糖尿病患者慢性腎病不同階段，因此不同階段的腎FA值漸進性降低的趨勢與腎損傷的漸進性發展過程是一致的[7,8]。

尿蛋白是慢性腎病公認的主要生物學標志物，在監測疾病發生、發展中發揮了重要作用。Razek等[16]發現，糖尿病患者腎皮質的FA和ADC值與尿蛋白有關。然而，目前有一些隊列前瞻性研究發現，尿蛋白的變化和臨床預后之間的關聯并不完全一致。例如，Dwyer等[17]觀察11573例2型糖尿病患者，有相當大比例(17%)患者腎功能有明顯損傷(CKD 3期～5期)而尿白蛋白是正常范圍，說明尿蛋白作為腎損傷生物學標志物的局限性。本研究顯示，1期和2期的患者部分伴有尿白蛋白排泄率升高，但是腎FA值與UACR沒有顯著的相關性，也提示了DTI參數與尿白蛋白的相關性值得進一步的研究。另外，本研究發現皮質的FA值與UA1MCR存在一定的負相關。有研究顯示，尿UA1M對近曲小管損傷較敏感，可以用來檢測微量白蛋白尿出現之前是否有糖尿病腎臟疾病[18]。本研究發現，支持腎皮質FA值的改變可能和UA1M在某種程度上都反映了早期的腎損傷。

本研究中，3組間皮髓質ADC值比較差異無統計學意義。根據擴散成像的體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion)理論，活體組織內的ADC值受到單純水分子擴散、毛細血管灌注等雙重影響，b值<200s/mm2組織灌注在ADC值占主導成分，>200s/mm2得到的ADC值中單純擴散占主要成分。筆者推測，可能是由于使用了0和800s/mm2的b值，而且是單指數模型擬合信號衰減曲線，因此得到的ADC值不能很好地反映腎臟的灌注效應及病理下的相應改變[19]。

本研究也存在一些不足，首先，由于性別因素對腎功能的影響較大，為了排除性別因素干擾，本研究設計時只納入了男性患者，因此結論不能用于女性成人2型糖尿病患者[20]。其次，本研究只納入了CKD1期和2期的早期階段患者，沒有3期～5期的患者，不能明確DTI在早、中、晚各期腎病中的價值。因此今后需要加大樣本量，對不同性別、不同疾病階段的糖尿病患者進行綜合分析。

綜上所述，腎DTI成像參數，尤其是FA值在評估男性2型糖尿病患者早期腎損傷有著一定的臨床應用前景，在監測、預后評估方面可能成為一項可供選擇的無創性的影像學標志物，值得今后開展深入研究。