2型糖尿病患者腎臟脂肪定量測(cè)量：Dixon與HISTO MRS技術(shù)的比較

李易，謝亮華，劉柳，趙曉芳，楊萍，唐華麗，毛蕓

0 前言

2型糖尿病（type 2 diabetic mellitus, T2DM）患者發(fā)生糖尿病腎病與腎臟異位脂肪沉積（renal ectopic lipid accumulation, RELA）有關(guān)[1-2]。其機(jī)制可能是腎實(shí)質(zhì)細(xì)胞中過(guò)多脂肪酸伴甘油三酯的累積導(dǎo)致腎臟慢性細(xì)胞功能障礙和損傷，包括腎小球硬化、腎小管損傷和間質(zhì)纖維化等，最終造成腎功能受損[3-7]。目前已有多種藥物被證明可以通過(guò)各類(lèi)通路降低RELA 來(lái)預(yù)防和治療糖尿病腎病[8-10]。目前評(píng)估RELA 的金標(biāo)準(zhǔn)方法是病理活檢，然而這一方法由于手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和倫理影響而使用受限[11]。使用MRI 定量脂肪測(cè)量技術(shù)可以無(wú)創(chuàng)測(cè)量腎臟組織質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)（proton density fat fraction, PDFF）評(píng)估RELA[12-14]。最新的MRI定量脂肪測(cè)量技術(shù)包括六回波水脂分離（Dixon）技術(shù)和高速T2 校正多回波磁共振波譜（high-speed T2-corrected multiecho magnetic resonance spectroscopic, HISTO MRS）技術(shù)。六回波Dixon 可以更好地校正包括主磁場(chǎng)不均勻性、T2、T1 效應(yīng)等混雜因素[15-17]。HISTO MRS 具有采集時(shí)間短，可以校正混雜因素等優(yōu)點(diǎn)[18]。這些技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于脂肪性肝病和肌肉脂肪的定量測(cè)量[19-23]。然而據(jù)我們所知，目前沒(méi)有研究應(yīng)用這些最新的脂肪定量測(cè)量技術(shù)來(lái)評(píng)估T2DM 患者的RELA，而且這兩種技術(shù)在RELA的一致性也沒(méi)有得到很好的評(píng)估。本研究的目的是比較基于六回波Dixon 和HISTO MRS 技術(shù)的脂肪定量指標(biāo)在腎臟的一致性并探討其對(duì)腎功能損害的預(yù)測(cè)能力，為T(mén)2DM 患者腎臟脂毒性損害程度的評(píng)估、治療和預(yù)防方式的選擇及療效監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本前瞻性臨床研究遵守《赫爾辛基宣言》，經(jīng)重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，批準(zhǔn)文號(hào)：2021-687，全體受試者均簽署了知情同意書(shū)。我們招募了2021 年6 月至2022 年7 月在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科就診的18～80 歲人群，其中包含213 例T2DM 患者和65 名非T2DM 健康受試者。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）根據(jù)1999 年世界衛(wèi)生組織的T2DM 診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行T2DM 診斷，非T2DM 健康受試者為既往無(wú)T2DM 相關(guān)病史且檢查當(dāng)天空腹血糖測(cè)試為正常者；（2）所有研究對(duì)象都簽署了知情同意書(shū)；（3）完成了腹部MRI 掃描。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）未同時(shí)完成Dixon 和HISTO 檢查；（2）圖像存在呼吸偽影或存在水脂交換異常，無(wú)法測(cè)量腎臟PDFF；（3）存在影響腎臟脂肪定量測(cè)量的疾病，包括腎臟腫瘤、腎臟囊腫、腎臟位置異常、先天性腎臟發(fā)育不良、孤立腎、腎臟積水、腎臟結(jié)石等；（4）臨床數(shù)據(jù)不全。最終納入了172 名T2DM患者及55 名非T2DM 健康受試者。具體納入排除數(shù)據(jù)流程如圖1示。

圖1 納入和排除數(shù)據(jù)流程圖。Dixon：水脂分離；HISTO：高速T2 校正多回波。Fig.1 Inclusion and exclusion of data flowchart.Dixon: water-fat separation; HISTO: high-speed T2-corrected multiecho.

收集的臨床、人口學(xué)和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)包括：年齡、性別、腰臀比、腰高比、體質(zhì)量指數(shù)（body mass index, BMI）、病程、高血壓病史、吸煙史、飲酒史、運(yùn)動(dòng)史、降糖藥使用情況、胰島素使用情況、降壓藥使用情況、降脂藥使用情況、高密度脂蛋白膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、甘油三酯、總膽固醇、糖化血紅蛋白A1c、空腹血糖、餐后血糖、血尿素氮、尿酸、通過(guò)慢性腎臟病流行病學(xué)協(xié)作方程計(jì)算的腎小球?yàn)V過(guò)率（estimated glomerular filtration rate, eGFR）等。以上生化指標(biāo)均使用大型生化自動(dòng)檢測(cè)儀，由醫(yī)院檢驗(yàn)科根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)步驟進(jìn)行檢測(cè)。首先根據(jù)有無(wú)T2DM將入組受試者分為健康受試者組和T2DM組，其次根據(jù)eGFR對(duì)T2DM組進(jìn)行腎功能亞分組，分為T(mén)2DM患者腎功能正常組（N-T2DM），即eGFR 1級(jí)[eGFR為90～120 mL/（min·1.73 m2）]；T2DM患者腎功能輕中度受損組（M-T2DM），即eGFR 2、3 級(jí)[eGFR 為30～89 mL/（min·1.73 m2）]；T2DM 患者腎功能?chē)?yán)重受損組（S-T2DM），即eGFR 4、5級(jí)[eGFR為0～29 mL/（min·1.73 m2）][24]。

1.2 研究方法

1.2.1 MRI掃描

所有MRI 掃描均在3.0 T MRI 系統(tǒng)（MAGNETOM Skyra, Siemens, Erlangen, Germany）上使用16 通道相控陣體腹部線圈完成。本研究應(yīng)用序列主要包括T1 容積內(nèi)插屏氣檢查的兩點(diǎn)Dixon 序列、六回波Dixon序列與單體素波譜HISTO Steam序列。

T1容積內(nèi)插屏氣檢查兩點(diǎn)Dixon序列參數(shù)：重復(fù)時(shí)間4.66 ms，回波時(shí)間1.34、2.57 ms，切片厚度3 mm，片數(shù)64，矩陣210×320，激勵(lì)次數(shù)1，視野400 mm×350 mm，帶寬820 Hz/Px，采集時(shí)間17 s。

T1容積內(nèi)插屏氣檢查六回波Dixon序列參數(shù)：重復(fù)時(shí)間9.46 ms，回波時(shí)間1.33、2.64、3.95、5.26、6.57、7.88 ms，切片厚度4 mm，片數(shù)64，矩陣137×224，激勵(lì)次數(shù)1，視野360 mm×315 mm，帶寬1060 Hz/Px，采集時(shí)間20 s。采集完成后使用西門(mén)子內(nèi)置的后處理工具包自動(dòng)生成脂肪分?jǐn)?shù)圖像、純脂肪及純水圖像等。

單體素波譜HISTO Steam序列的參數(shù)參數(shù)：重復(fù)時(shí)間3000.00 ms，回波時(shí)間分別為12.00、24.00、36.00、48.00、72.00 ms，體素30 mm×30 mm×30 mm，單次屏氣15 s，帶寬1200 Hz/Px，混合時(shí)間10 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，體素10 mm×10 mm×30 mm。

1.2.2 數(shù)據(jù)測(cè)量分析

所有數(shù)據(jù)的測(cè)量分析由兩名放射科醫(yī)生（醫(yī)生A：3年經(jīng)驗(yàn)，初級(jí)職稱(chēng)；醫(yī)生B：2年經(jīng)驗(yàn)，初級(jí)職稱(chēng)）完成，結(jié)果不一致時(shí)協(xié)商解決。并由一名18 年經(jīng)驗(yàn)的放射科高級(jí)職稱(chēng)醫(yī)生（醫(yī)生C）對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行雙盲檢查并修正。

六回波Dixon 序列PDFF 的測(cè)量在軟件（sygno，via，Siemens Healthcare，Erlangen，德國(guó)）進(jìn)行，分別選取以腎臟兩側(cè)腎門(mén)為中心的5個(gè)層面，將整個(gè)腎實(shí)質(zhì)手繪為感興趣區(qū)計(jì)算PDFF（圖2），單側(cè)腎臟PDFF由5 個(gè)測(cè)量層面的算術(shù)平均值計(jì)算，個(gè)體腎臟PDFF由雙側(cè)腎臟PDFF之和計(jì)算并記為D-PDFF。我們沒(méi)有進(jìn)一步分別測(cè)量腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的PDFF，因?yàn)閮蓚€(gè)結(jié)構(gòu)之間的PDFF沒(méi)有顯著性差異并且邊界在所有受試者中都不清楚[12,14]。

圖2 Dixon 技術(shù)腎臟組織質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)測(cè)量示意圖。2A：在腎內(nèi)選取以腎門(mén)（黑色實(shí)線）為中心的五個(gè)測(cè)量層面（黑線虛線）；2B：在整個(gè)腎實(shí)質(zhì)（紅色區(qū)域）用白線標(biāo)記邊界作為感興趣區(qū)；2C：手動(dòng)將感興趣區(qū)放置在選定的5個(gè)層面上并避開(kāi)腎周脂肪和腎竇脂肪，測(cè)定腎臟組織質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)。Dixon：水脂分離。Fig.2 Illustration of renal proton density fat fraction measurement of using Dixon techniques.2A: Select five measurement planes (dashed black lines)centered on the renal hilum (solid black line) within the kidney; 2B: Mark the boundary of the entire renal parenchyma (red area) with a white line as the region of interest (ROI); 2C: Place the ROI manually on the selected five planes, avoiding perinephric fat and renal sinus fat, to measure renal proton density fat fraction.Dixon: water-fat separation.

HISTO 序列PDFF 的測(cè)量首先在兩點(diǎn)Dixon 序列脂肪圖像上規(guī)畫(huà)腎實(shí)質(zhì)內(nèi)單個(gè)1H-MRS 體素，以避免腎竇或腎周脂肪污染（圖3）。然后使用九投影一階鉛筆束體積靜態(tài)場(chǎng)shimming算法在體素位置均勻化B0，以1H-MRS 體素為中心放置墊片（大小為40 mm×20 mm×20 mm）后，通過(guò)一次15 s 的屏氣掃描，直接生成雙腎PDFF 報(bào)告，雙側(cè)腎臟PDFF 之和記為H-PDFF（圖3）。

圖3 HISTO 磁共振波譜體素技術(shù)腎臟組織質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)的測(cè)量示意圖。3A：在Dixon-fat only 圖像中放置1H HISTO MRS 體素（白色，大小為10 mm×10 mm×30 mm）和墊片（紅色，大小為20 mm×20 mm×40 mm）進(jìn)行腎臟光譜定位和測(cè)量；3B：測(cè)量結(jié)果示意圖。Dixon：水脂分離；HISTO MRS：高速T2校正多回波磁共振波譜。Fig.3 Illustration of renal proton density fat fraction measurement of using HISTO MRS techniques.3A: Place a 1H HISTO MRS voxel (white,10 mm×10 mm×30 mm in size) and a phantom (red, 20 mm×20 mm×40 mm in size) in the Dixon fat-only image for renal spectral localization and measurement; 3B: Illustration of measurement results.Dixon:water-fat separation; HISTO MRS: high-speed T2-corrected multiecho magnetic resonance spectroscopic.

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)處理采用SPSS 25.0（IBM,Armonk, NY, USA）、Prism GraphPad 9.0（GraphPad Software，中國(guó)）軟件。通過(guò)Shapiro-Wilk檢驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證計(jì)量資料的正態(tài)性，正態(tài)分布變量用（±s）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。非正態(tài)分布變量用M（Q1，Q3）表示，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用例（%）表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intra-class correlation coefficient, ICC）評(píng)價(jià)D-PDFF 與H-PDFF 之間的一致性。當(dāng)ICC＜0.5時(shí)，為可靠性差；0.5≤ICC＜0.75時(shí)，為可靠性中等；0.75≤ICC≤0.9時(shí)，為可靠性好；ICC＞0.9時(shí)，為可靠性?xún)?yōu)異[25]。通過(guò)傾向性評(píng)分法（propensity score method, PSM）匹配校正不同組別年齡、性別混雜因素。用Pearson 單因素相關(guān)性分析檢驗(yàn)eGFR 與可能對(duì)其造成影響的人口、臨床、實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)的相關(guān)性。以eGFR 為結(jié)果變量，將單因素分析中具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)作為校正因素，采用多因素線性回歸分析兩種技術(shù)測(cè)得PDFF值是否為腎功能損傷的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

本研究共入組227 名受試者，其中女94 例（41.4%），男133 例（58.6%），年齡（52.23±14.93）歲，BMI（24.55±3.26）kg/m2。分組后特征見(jiàn)表1。

表1 受試者基線特征表Tab.1 Baseline characteristics sheet for subjects

2.2 Dixon 和HISTO MRS 技術(shù)測(cè)定腎臟PDFF 值的一致性

D-PDFF 和H-PDFF 的組間ICC值為0.185，其ICC＜0.5，D-PDFF和H-PDFF一致性差。

2.3 健康受試者組與T2DM患者組的組間差異性分析

采用PSM 匹配校正年齡、性別混雜因素后，得到28名健康受試者和28名T2DM患者的匹配分組。結(jié)果顯示年齡、性別、BMI 的組間差異均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＞0.05，圖4A～4C）。健康受試者D-PDFF和T2DM患者D-PDFF 兩者的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001，圖4D），健康受試者H-PDFF和T2DM患者H-PDFF的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05，圖4E）。

圖4 非糖尿病健康受試者組和2型糖尿病患者組的組間比較。4A：兩組的年齡組間差異；4B：兩組的性別組間差異；4C：兩組的BMI組間差異；4D：兩組使用Dixon技術(shù)測(cè)得腎臟PDFF值組間差異；4E：兩組使用HISTO MRS技術(shù)測(cè)得腎臟PDFF值組間差異。BMI：體質(zhì)量指數(shù)；D-PDFF：基于水脂分離（Dixon）的腎臟質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)；H-PDFF：基于高速T2校正多回波磁共振波譜腎臟質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)。Fig.4 Between-group comparison of non-diabetic healthy subjects and type 2 diabetic mellitus patients.4A: Comparison of age between groups; 4B: Comparison of gender between groups; 4C: Comparison of BMI between groups; 4D: Comparison of renal PDFF values measured by Dixon technique between groups; 4E:Comparison of renal PDFF values measured by HISTO MRS technique between groups.BMI: body mass index; D-PDFF: Dixon-based water-fat separation renal proton density fat fraction; H-PDFF: high-speed T2-corrected multiecho magnetic resonance spectroscopic renal proton density fat fraction.

2.4 D-PDFF和H-PDFF在不同腎功能損害分組的組間差異性比較

分組比較D-PDFF 和H-PDFF 的組間差異性，由于S-T2DM 組樣本量過(guò)少（n=4）易造成結(jié)果誤差，故不參與比較。結(jié)果顯示，健康受試者與N-T2DM組、健康受試者與M-T2DM組、N-T2DM與M-T2DM組D-PDFF的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均≤0.001），其余差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＞0.05），結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 D-PDFF和H-PDFF組間差異性比較表Tab.2 Comparison of differences between D-PDFF and H-PDFF groups

2.5 eGFR的單因素相關(guān)性分析

Pearson單因素相關(guān)性分析結(jié)果顯示，eGFR與年齡、病程、高血壓病史、降糖藥使用史、降壓藥使用史、降脂藥使用史、糖化血紅蛋白A1c、血尿素氮、尿酸呈負(fù)相關(guān)（r=-0.165～-0.339，P均＜0.05），與其他因素不具有相關(guān)性（P均＞0.05），結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 2型糖尿病患者eGFR與各變量之間的單因素相關(guān)性分析結(jié)果Tab.3 Results of univariate correlation analysis between eGFR and each variable in patients with type 2 diabetic mellitus

2.6 腎臟PDFF預(yù)測(cè)腎功能損傷風(fēng)險(xiǎn)的多因素線性回歸分析

T2DM 患者D-PDFF 與eGFR 呈負(fù)相關(guān)（r=-0.285，P＜0.001），T2DM 患者H-PDFF 與eGFR 無(wú)相關(guān)性（r=-0.008，P=0.918）。校正上述單因素分析中可能影響eGFR的臨床指標(biāo)后，結(jié)果顯示D-PDFF是eGFR升高的獨(dú)立危險(xiǎn)因素（β=-0.168，P=0.016），H-PDFF 在校正前后都不是獨(dú)立危險(xiǎn)因素（P＞0.05）。

3 討論

基于MRI 的腎臟PDFF 可以定量RELA，反映腎功能損害[1,14,26-27]，通過(guò)比較基于Dixon和HISTO MRS技術(shù)脂肪定量指標(biāo)在腎臟的一致性并探討其對(duì)腎功能損害的預(yù)測(cè)能力，我們發(fā)現(xiàn)Dixon 和HISTO MRS 兩種技術(shù)在T2DM 患者腎臟脂肪定量的一致性差；同時(shí)在我們的研究中發(fā)現(xiàn)不同人群組D-PDFF的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而H-PDFF 無(wú)差異；我們還發(fā)現(xiàn)D-PDFF 是腎功能損害的危險(xiǎn)因素。

3.1 Dixon和HISTO MRS的一致性

在既往肝臟脂肪定量研究中，兩種技術(shù)體現(xiàn)了良好的一致性[28-31]。然而在腎臟脂肪測(cè)量中我們并沒(méi)有得到類(lèi)似的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)D-PDFF 與H-PDFF 一致性較差。由于既往沒(méi)有研究對(duì)這兩種技術(shù)在腎臟應(yīng)用評(píng)估，因此產(chǎn)生兩種技術(shù)一致性差的原因尚不明確。我們考慮可能與以下幾點(diǎn)原因相關(guān)：（1）微小測(cè)量誤差對(duì)腎臟PDFF 值的影響性更大，更易發(fā)生結(jié)果誤差。肝臟作為易脂肪沉積代謝器官，成年人肝臟脂肪含量約為40～70 g[32-34]，然而腎臟脂肪量相較于肝臟少，正常單個(gè)腎臟脂肪含量約為2～4 g[33-35]。并且RELA 只是T2DM 患者發(fā)生糖尿病腎病多種機(jī)制之一，所以糖尿病腎病的RELA 增加量不如非酒精性脂肪肝病增加明顯。（2）Dixon 技術(shù)評(píng)估的感興趣區(qū)范圍更大，可以更好地量化整個(gè)腎臟的脂肪含量，減少了當(dāng)脂肪分布不均勻時(shí)的采樣誤差。（3）HISTO MRS 應(yīng)用固定長(zhǎng)方體設(shè)定感興趣區(qū)，相較于Dixon 技術(shù)的個(gè)性化設(shè)定更易受到呼吸偽影干擾、腎周和腎竇大量脂肪的污染[12-13,18]。我們的結(jié)果也顯示HISTO技術(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)的極端值更多，組內(nèi)個(gè)體間的離散程度更大（圖4D、4E）。

3.2 Dixon和HISTO MRS的比較

既往研究表明T2DM會(huì)導(dǎo)致腎臟脂肪含量增加進(jìn)而繼發(fā)腎脂毒性導(dǎo)致腎功能損害，基于MRI 的PDFF指標(biāo)可以反映T2DM 患者RELA 的增加和腎功能的改變[12,14]。我 們 的 結(jié) 果 顯 示 非T2DM 和T2DM 人 群 的D-PDFF 存在差異性，但H-PDFF 并沒(méi)有表現(xiàn)出類(lèi)似的差異性，其原因可能也和上述HISTO技術(shù)易受到測(cè)量誤差影響有關(guān)。同時(shí)我們的結(jié)果顯示H-PDFF與eGFR并無(wú)相關(guān)性，而D-PDFF 即使在校正多種混雜因素后仍然與eGFR 獨(dú)立負(fù)相關(guān)，是腎功能損害的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，這也體現(xiàn)在N-T2DM組與M-T2DM組D-PDFF的組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上。這間接表明相較于H-PDFF，D-PDFF 更能反映T2DM 患者的腎功能損害情況。

3.3 本研究的局限性

本研究存在以下局限性：首先，出于手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和倫理考慮，我們沒(méi)有收集腎臟病理數(shù)據(jù)，因此影像學(xué)RELA 標(biāo)志物與病理改變的關(guān)系有待進(jìn)一步驗(yàn)證；其次，腎臟脂肪定量測(cè)量目前應(yīng)用較少，設(shè)置掃描參數(shù)參照肝臟掃描方案，可能會(huì)影響測(cè)量精度，包括切片厚度、場(chǎng)強(qiáng)、接收線圈、3D 與2D 采集以及估計(jì)PDFF 算法的細(xì)節(jié)；最后，我們的數(shù)據(jù)來(lái)源于單中心，多數(shù)為輕度腎功能不全患者而健康組人數(shù)較少，結(jié)果可能無(wú)法代表整個(gè)人群并且無(wú)法排除儀器差異可能造成的影響，因此可能需要進(jìn)行納入更大樣本規(guī)模、包含不同腎臟損害程度人群的多中心研究。

4 結(jié)論

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)兩種磁共振脂肪定量測(cè)量技術(shù)在腎臟的一致性差，基于六回波Dixon的PDFF更能反映T2DM 患者RELA 的增加和腎功能損害的變化，可能更適用于T2DM 患者腎臟脂毒性損害程度的判定、選擇預(yù)防治療措施及療效監(jiān)測(cè)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：毛蕓設(shè)計(jì)本研究的方案，對(duì)稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；李易起草和撰寫(xiě)稿件，獲取、分析、解釋本研究的數(shù)據(jù)；謝亮華、劉柳、趙曉芳、楊萍、唐華麗獲取分析本研究的數(shù)據(jù)，對(duì)稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對(duì)本研究的所有方面負(fù)責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠(chéng)信。