實時剪切波彈性成像技術在糖尿病腎病患者腎功能評估中的臨床價值分析

裘思英 姜澤雯 吳赤球 陳多多

1 武警浙江省總隊醫院特檢科, 310051 浙江 杭州； 2 武警浙江省總隊醫院門診部, 310051 浙江 杭州

糖尿病腎病(diabetic kidney disease, DKD)是糖尿病嚴重的微血管并發癥之一，DKD患者腎功能損害的延遲檢出及治療可導致腎功能衰竭，進而增加糖尿病患者死亡率[1-2]，早期、準確檢測腎臟功能情況對于DKD的臨床治療及預后至關重要。常規超聲成像可通過腎實質回聲、腎形態學(如長度、體積等)參數等對腎病進行評估，但對糖尿病腎病、慢性腎病等的敏感度、特異度均較低[3]。實時剪切波彈性成像(shear wave elastography, SWE)利用剪切波使感興趣區中的目標組織變形或移位，通過目標組織的動態位移估算其彈性、硬度[4]。SWE已應用于肝纖維化、脂肪肝的診斷中，且肝組織彈性和組織病理改變之間存在相關關系[5-6]；同時，SWE在腫瘤(如前列腺癌、乳腺癌、肺癌等)檢測方面也具有很高的準確性，有助于區分良、惡性病變[7-9]。目前，關于SWE評估DKD患者腎功能改變的相關研究報道罕見，本研究通過分析DKD患者的SWE參數楊氏模量值與99mTc-DTPA腎動態顯像檢測腎功能的差異及相關性，探討SWE在DKD患者腎功能評估中的臨床價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集我院2016年6月至2019年5月DKD患者62例及腎功能正常者14例，腎功能正常(即對照組)男8例、平均年齡(53.3±10.2)歲，女6例、平均年齡(55.6±13.8)歲，DKD組男35例、平均年齡(54.4±16.8)歲，女27例、平均年齡(55.7±17.6)歲，根據尿白蛋白排泄率(urinary albumin excretion rate, UAER)分為早期腎病組21例、臨床腎病組24例及尿毒癥組17例。納入標準：所有DKD入組對象均符合糖尿病及糖尿病腎病診斷標準，臨床、超聲等資料完整。排除標準：既往其他腎臟疾病、近期使用腎損傷藥物、合并其他急性并發癥、腎皮質薄、SWE檢查過程中呼吸無法配合、腎皮質至皮膚厚度大于8 cm者。本研究方案符合2013年修訂的《赫爾辛基宣言》的要求，所有入組對象均知情同意。

1.2 常規超聲

采用PHILIPS IU22超聲診斷儀，經腹部超聲探頭頻率為1.0～5.0 MHz，所有入組對象超聲檢查由一位高年資超聲醫師完成。首先對雙腎進行常規超聲掃描，測量雙極長度和皮質厚度，并觀察腎皮質的回聲。在相同增益和深度設置(增益范圍：50%-70%，深度范圍：10.00～14.00 cm)下，通過對比腎臟和肝臟的回聲來評價腎臟的回聲。腎長徑為冠狀切面的最大縱向尺寸，從腎外緣到皮質髓質交界處測量腎皮質厚度，腎容積(mL)=腎長徑(cm)×腎寬徑(cm)×腎前后徑(cm)×0.52[10]。

1.3 實時剪切波彈性成像

SWE由同一位行常規超聲檢查的高年資超聲醫師完成，將圖像聚焦于腎臟的長軸視圖，在不施加物理壓力的情況下，將探頭平行于腎軸視圖放置，囑患者屏住呼吸。將固定大小的感興趣區(Region of interest, ROI)放置在腎臟皮質中部區域，橫波垂直于徑向排列的管狀系統。待SWE圖像穩定后于每個腎臟中部ROI均勻區測量5次，計算每例患者每個腎臟的平均值及雙腎平均值(Emean)，單位為kPa。

1.4 99mTc-DTPA腎動態顯像

檢查前48 h內受檢者未行靜脈腎盂造影且未服用利尿劑，排空膀胱并于檢查前30 min飲水。采用SIEMENS Biograph SPECT，仰臥位，探頭視野包括雙腎及膀胱，后位采集。肘靜脈注射99mTc-DTPA 185MBq/1ml，顯像劑劑量根據受檢者體表面積計算。采集條件：能峰140 keV，矩陣64×64，1幀/2秒，采集15幀，1幀/30秒，采集48幀，約24min，分別記錄采集前、后滿針和空針放射性計數測定。軟件自動繪制腎功能曲線并計算腎小球濾過率(glomerular filtration rate, GFR)，以體表面積1.73 m2對GFR進行校正。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 各組一般臨床特征

DKD各亞組與對照組的年齡、身高、體質量及體質量指數，組間比較差異無統計學意義(P>0.05)。DKD各亞組與對照組的收縮壓比較差異有統計學意義(P<0.05)，臨床腎病組/尿毒癥組與早期腎病組比較差異有統計學意義(P<0.05)。舒張壓臨床腎病組/尿毒癥組與對照組比較差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 各組一般臨床特征

注：*與對照組相比P<0.05，#與早期腎病組相比P<0.05。

2.2 常規超聲及SWE相關參數在各組中的變化

常規超聲主要對腎長度、皮質厚度及體積進行測量，結果顯示常規超聲參數(長度、皮質厚度、體積)各組間比較差異無統計學意義(P>0.05)。SWE參數左腎、右腎及雙腎平均Emean值在DKD各亞組中呈逐漸升高趨勢，與對照組比較差異均具有統計學意義(P<0.05)；DKD各亞組中，尿毒癥組最高，早期腎病組最低，DKD各亞組間比較差異均具有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 各組常規超聲與SWE相關參數

注：*與對照組比較P<0.05，#與早期腎病組比較P<0.05，^與臨床腎病組比較P<0.05。

2.3 SWE參數平均Emean值與99mTc-DTPA標記GFR的Growth曲線擬合

99mTc-DTPA標記的總GFR水平在DKD早期腎病、臨床腎病及尿毒癥中呈逐漸遞減趨勢，對照組、早期腎病組、臨床腎病組及尿毒癥組分別為(112.38±21.16)、(72.37±15.62)、(41.23±16.79)及(21.53±8.31)mL/min。DKD各亞組總GFR水平均低于對照組(F=98.507,P<0.001)，DKD各亞組間總GFR水平比較差異亦具有統計學意義(P<0.01)。對SWE參數雙腎平均Emean值和99mTc-DTPA標記的總GFR水平的散點圖進行Growth曲線擬合，所得方程為E(Y)=exp(5.789-0.417X)(P<0.001)，R2=0. 918。見圖1。

圖1 SWE參數Emean與總GFR水平的Growth擬合曲線

2.4 SWE參數平均Emean值在DKD各組中的診斷效能

利用ROC曲線評估SWE成像參數雙腎平均Emean值在DKD不同亞組間的診斷效能，平均Emean值閾值在3.53、4.49及5.47時診斷早期腎病、臨床腎病及尿毒癥組的曲線下面積分別為0.781、0.824、0.875，靈敏度分別為77.4%、80.8%及83.5%，特異度分別為83.1%、90.2%及92.6%。見表3。

表3 平均Emean值在DKD不同亞組中的診斷效能

3 討論

99mTc-DTPA腎動態顯像是一種評價腎功能的良好成像方法，對于腎功能的評估尤其是腎移植功能腎的顯示方面具有一定價值[11]，然而，這種外源標記方法具有放射性、操作復雜等缺點并不能廣泛應用于臨床。尿素氮、胱抑素C、血清肌酐及尿酸等血清指標通常用于評估腎功能，但上述指標在DKD不同階段中的診斷效能差別較大[12]。如前文所述，DKD患者腎功能損害的延遲檢出及治療可導致腎功能衰竭進而增加糖尿病患者死亡率，因此，探尋一種更簡單、可靠的影像學方法評估DKD腎功能對于DKD的治療、預后等具有重要臨床意義。

常規超聲可通過測量腎臟長度、皮質厚度及體積等參數，進而評估腎臟功能。但是，超聲檢測腎臟體積存在先天缺陷，由于腎臟并不是規則橢球體，因此無法避免使用橢球公式過高估算腎臟體積。超聲實質回聲是評價腎病存在的最常用指標，然而，觀察皮質回聲是一種主觀定性評估，往往無法檢測到腎臟功能異常。既往研究發現，異常腎回聲(腎回聲高于肝或脾)診斷腎病的敏感度和特異度分別為62%和58%[13]。因此，常規腎臟超聲在評價慢性腎病進展方面通常不具有診斷價值或診斷效能較低。本研究結果顯示，雙腎皮質平均厚度、體積在DKD尿毒癥組較其他組略有降低，但與其他組比較差異無統計學意義，常規超聲所測腎臟長度在各組間比較差異亦無統計學意義，該結果說明常規超聲對于DKD不同階段的診斷意義并不大。

SWE成像是一種簡便、無創的組織機械硬度評估技術，組織的硬度以千帕(kPa)或速度(m/s)表示，楊氏模量(Young′modulus, YM)和剪切波速度之間的關系為g′=pvs2(g′是剪切模量，p代表組織的密度，vs代表剪切波速度)[14]。SWE可應用于慢性腎病(chronic kidney disease, CKD)的評估[4,14-15]，既往研究表明，SWE能夠區分正常腎組織和受CKD影響的腎組織。腎纖維化是腎小球硬化和腎小管間質纖維化的結合，其特點是細胞外基質(extracellular matrix, ECM)成分過度積聚和沉積，富含纖維膠原I和III[16]。ECM的持續沉積導致纖維瘢痕扭曲腎組織的精細結構，導致腎實質形態的崩潰和腎功能的惡化，增加間質損傷可導致GFR降低[17]，由于膠原蛋白和彈性蛋白交聯量的增加，當纖維化程度增加時，受影響的組織硬度增加了剪切波的傳播速度[18]。理論上，腎臟組織纖維化程度加重會引起間質損傷，從而導致GFR降低。由于纖維化、組織硬度增加，SWE成像時產生更高的剪切波傳播速度或YM測量值[3]。本研究結果與上述理論基本一致，隨著DKD病情加重(GFR水平降低)Emean值呈逐漸升高趨勢，平均Emean值與放射性標記的總GFR水平Growth曲線擬合所得的方程E(Y)=exp(5.789-0.417X)(P<0.001)，擬合效果好(R2=0. 918)。本研究結果與Goya等[4]的報道相符，Goya等研究顯示了在腎功能受損的腎臟中SWV明顯增高。部分研究顯示SWV和eGFR之間存在相關關系，隨著eGFR的降低，腎小球的整體硬化性改變增加，這種情況會降低管周血管叢的灌注，并伴隨著進行性管周纖維化，導致明顯的微循環損傷。腎微循環損傷和腎動脈動脈粥樣硬化疾病的結合會進一步降低腎灌注，從而影響腎組織硬度[19]。值得注意的是，這些研究僅基于血壓和動脈硬度(肱動脈脈搏波速度和主動脈增強指數)，均未對血管變化進行組織學評價。因此，將SWE與血壓和動脈僵硬度相關，以及動脈玻璃樣變等微血管改變的組織學評估，將能更進一步闡述詳盡機制。糖尿病作為一種全身代謝性疾病，其會引起微血管病變，腎臟是靶器官之一，我們分析DKD引起平均Emean值的改變可能與腎臟微循環的受損以及組織彈性、硬度密切相關。本研究對SWE在DKD不同亞組中的診斷效能分析，結果顯示，在早期腎病組、臨床腎病組及尿毒癥組中，平均Emean值均具有較高的靈敏度、特異度，該結果進一步證實了SWE應用于DKD診斷、腎功能評估中的可行性及可靠性。

本研究的局限性：①納入病例數相對較少，未來可行大樣本、多中心臨床研究更深入探討；②SWE的測量可能由于探頭角度定位等的差異導致彈性值不同，需強調操作過程中的一致性。

綜上所述，SWE參數Emean值與99mTc-DTPA標記的GFR水平具有較高的相關性，其在診斷DKD腎功能改變方面具有較高的診斷效能，SWE對于DKD的早期診斷、治療等具有重要臨床價值。