实时剪切波弹性成像技术在糖尿病肾病患者肾功能评估中的临床价值分析

裘思英 姜泽雯 吴赤球 陈多多

1 武警浙江省总队医院特检科, 310051 浙江 杭州； 2 武警浙江省总队医院门诊部, 310051 浙江 杭州

糖尿病肾病(diabetic kidney disease, DKD)是糖尿病严重的微血管并发症之一，DKD患者肾功能损害的延迟检出及治疗可导致肾功能衰竭，进而增加糖尿病患者死亡率[1-2]，早期、准确检测肾脏功能情况对于DKD的临床治疗及预后至关重要。常规超声成像可通过肾实质回声、肾形态学(如长度、体积等)参数等对肾病进行评估，但对糖尿病肾病、慢性肾病等的敏感度、特异度均较低[3]。实时剪切波弹性成像(shear wave elastography, SWE)利用剪切波使感兴趣区中的目标组织变形或移位，通过目标组织的动态位移估算其弹性、硬度[4]。SWE已应用于肝纤维化、脂肪肝的诊断中，且肝组织弹性和组织病理改变之间存在相关关系[5-6]；同时，SWE在肿瘤(如前列腺癌、乳腺癌、肺癌等)检测方面也具有很高的准确性，有助于区分良、恶性病变[7-9]。目前，关于SWE评估DKD患者肾功能改变的相关研究报道罕见，本研究通过分析DKD患者的SWE参数杨氏模量值与99mTc-DTPA肾动态显像检测肾功能的差异及相关性，探讨SWE在DKD患者肾功能评估中的临床价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集我院2016年6月至2019年5月DKD患者62例及肾功能正常者14例，肾功能正常(即对照组)男8例、平均年龄(53.3±10.2)岁，女6例、平均年龄(55.6±13.8)岁，DKD组男35例、平均年龄(54.4±16.8)岁，女27例、平均年龄(55.7±17.6)岁，根据尿白蛋白排泄率(urinary albumin excretion rate, UAER)分为早期肾病组21例、临床肾病组24例及尿毒症组17例。纳入标准：所有DKD入组对象均符合糖尿病及糖尿病肾病诊断标准，临床、超声等资料完整。排除标准：既往其他肾脏疾病、近期使用肾损伤药物、合并其他急性并发症、肾皮质薄、SWE检查过程中呼吸无法配合、肾皮质至皮肤厚度大于8 cm者。本研究方案符合2013年修订的《赫尔辛基宣言》的要求，所有入组对象均知情同意。

1.2 常规超声

采用PHILIPS IU22超声诊断仪，经腹部超声探头频率为1.0～5.0 MHz，所有入组对象超声检查由一位高年资超声医师完成。首先对双肾进行常规超声扫描，测量双极长度和皮质厚度，并观察肾皮质的回声。在相同增益和深度设置(增益范围：50%-70%，深度范围：10.00～14.00 cm)下，通过对比肾脏和肝脏的回声来评价肾脏的回声。肾长径为冠状切面的最大纵向尺寸，从肾外缘到皮质髓质交界处测量肾皮质厚度，肾容积(mL)=肾长径(cm)×肾宽径(cm)×肾前后径(cm)×0.52[10]。

1.3 实时剪切波弹性成像

SWE由同一位行常规超声检查的高年资超声医师完成，将图像聚焦于肾脏的长轴视图，在不施加物理压力的情况下，将探头平行于肾轴视图放置，嘱患者屏住呼吸。将固定大小的感兴趣区(Region of interest, ROI)放置在肾脏皮质中部区域，横波垂直于径向排列的管状系统。待SWE图像稳定后于每个肾脏中部ROI均匀区测量5次，计算每例患者每个肾脏的平均值及双肾平均值(Emean)，单位为kPa。

1.4 99mTc-DTPA肾动态显像

检查前48 h内受检者未行静脉肾盂造影且未服用利尿剂，排空膀胱并于检查前30 min饮水。采用SIEMENS Biograph SPECT，仰卧位，探头视野包括双肾及膀胱，后位采集。肘静脉注射99mTc-DTPA 185MBq/1ml，显像剂剂量根据受检者体表面积计算。采集条件：能峰140 keV，矩阵64×64，1帧/2秒，采集15帧，1帧/30秒，采集48帧，约24min，分别记录采集前、后满针和空针放射性计数测定。软件自动绘制肾功能曲线并计算肾小球滤过率(glomerular filtration rate, GFR)，以体表面积1.73 m2对GFR进行校正。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 各组一般临床特征

DKD各亚组与对照组的年龄、身高、体质量及体质量指数，组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。DKD各亚组与对照组的收缩压比较差异有统计学意义(P<0.05)，临床肾病组/尿毒症组与早期肾病组比较差异有统计学意义(P<0.05)。舒张压临床肾病组/尿毒症组与对照组比较差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 各组一般临床特征

注：*与对照组相比P<0.05，#与早期肾病组相比P<0.05。

2.2 常规超声及SWE相关参数在各组中的变化

常规超声主要对肾长度、皮质厚度及体积进行测量，结果显示常规超声参数(长度、皮质厚度、体积)各组间比较差异无统计学意义(P>0.05)。SWE参数左肾、右肾及双肾平均Emean值在DKD各亚组中呈逐渐升高趋势，与对照组比较差异均具有统计学意义(P<0.05)；DKD各亚组中，尿毒症组最高，早期肾病组最低，DKD各亚组间比较差异均具有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 各组常规超声与SWE相关参数

注：*与对照组比较P<0.05，#与早期肾病组比较P<0.05，^与临床肾病组比较P<0.05。

2.3 SWE参数平均Emean值与99mTc-DTPA标记GFR的Growth曲线拟合

99mTc-DTPA标记的总GFR水平在DKD早期肾病、临床肾病及尿毒症中呈逐渐递减趋势，对照组、早期肾病组、临床肾病组及尿毒症组分别为(112.38±21.16)、(72.37±15.62)、(41.23±16.79)及(21.53±8.31)mL/min。DKD各亚组总GFR水平均低于对照组(F=98.507,P<0.001)，DKD各亚组间总GFR水平比较差异亦具有统计学意义(P<0.01)。对SWE参数双肾平均Emean值和99mTc-DTPA标记的总GFR水平的散点图进行Growth曲线拟合，所得方程为E(Y)=exp(5.789-0.417X)(P<0.001)，R2=0. 918。见图1。

图1 SWE参数Emean与总GFR水平的Growth拟合曲线

2.4 SWE参数平均Emean值在DKD各组中的诊断效能

利用ROC曲线评估SWE成像参数双肾平均Emean值在DKD不同亚组间的诊断效能，平均Emean值阈值在3.53、4.49及5.47时诊断早期肾病、临床肾病及尿毒症组的曲线下面积分别为0.781、0.824、0.875，灵敏度分别为77.4%、80.8%及83.5%，特异度分别为83.1%、90.2%及92.6%。见表3。

表3 平均Emean值在DKD不同亚组中的诊断效能

3 讨论

99mTc-DTPA肾动态显像是一种评价肾功能的良好成像方法，对于肾功能的评估尤其是肾移植功能肾的显示方面具有一定价值[11]，然而，这种外源标记方法具有放射性、操作复杂等缺点并不能广泛应用于临床。尿素氮、胱抑素C、血清肌酐及尿酸等血清指标通常用于评估肾功能，但上述指标在DKD不同阶段中的诊断效能差别较大[12]。如前文所述，DKD患者肾功能损害的延迟检出及治疗可导致肾功能衰竭进而增加糖尿病患者死亡率，因此，探寻一种更简单、可靠的影像学方法评估DKD肾功能对于DKD的治疗、预后等具有重要临床意义。

常规超声可通过测量肾脏长度、皮质厚度及体积等参数，进而评估肾脏功能。但是，超声检测肾脏体积存在先天缺陷，由于肾脏并不是规则椭球体，因此无法避免使用椭球公式过高估算肾脏体积。超声实质回声是评价肾病存在的最常用指标，然而，观察皮质回声是一种主观定性评估，往往无法检测到肾脏功能异常。既往研究发现，异常肾回声(肾回声高于肝或脾)诊断肾病的敏感度和特异度分别为62%和58%[13]。因此，常规肾脏超声在评价慢性肾病进展方面通常不具有诊断价值或诊断效能较低。本研究结果显示，双肾皮质平均厚度、体积在DKD尿毒症组较其他组略有降低，但与其他组比较差异无统计学意义，常规超声所测肾脏长度在各组间比较差异亦无统计学意义，该结果说明常规超声对于DKD不同阶段的诊断意义并不大。

SWE成像是一种简便、无创的组织机械硬度评估技术，组织的硬度以千帕(kPa)或速度(m/s)表示，杨氏模量(Young′modulus, YM)和剪切波速度之间的关系为g′=pvs2(g′是剪切模量，p代表组织的密度，vs代表剪切波速度)[14]。SWE可应用于慢性肾病(chronic kidney disease, CKD)的评估[4,14-15]，既往研究表明，SWE能够区分正常肾组织和受CKD影响的肾组织。肾纤维化是肾小球硬化和肾小管间质纤维化的结合，其特点是细胞外基质(extracellular matrix, ECM)成分过度积聚和沉积，富含纤维胶原I和III[16]。ECM的持续沉积导致纤维瘢痕扭曲肾组织的精细结构，导致肾实质形态的崩溃和肾功能的恶化，增加间质损伤可导致GFR降低[17]，由于胶原蛋白和弹性蛋白交联量的增加，当纤维化程度增加时，受影响的组织硬度增加了剪切波的传播速度[18]。理论上，肾脏组织纤维化程度加重会引起间质损伤，从而导致GFR降低。由于纤维化、组织硬度增加，SWE成像时产生更高的剪切波传播速度或YM测量值[3]。本研究结果与上述理论基本一致，随着DKD病情加重(GFR水平降低)Emean值呈逐渐升高趋势，平均Emean值与放射性标记的总GFR水平Growth曲线拟合所得的方程E(Y)=exp(5.789-0.417X)(P<0.001)，拟合效果好(R2=0. 918)。本研究结果与Goya等[4]的报道相符，Goya等研究显示了在肾功能受损的肾脏中SWV明显增高。部分研究显示SWV和eGFR之间存在相关关系，随着eGFR的降低，肾小球的整体硬化性改变增加，这种情况会降低管周血管丛的灌注，并伴随着进行性管周纤维化，导致明显的微循环损伤。肾微循环损伤和肾动脉动脉粥样硬化疾病的结合会进一步降低肾灌注，从而影响肾组织硬度[19]。值得注意的是，这些研究仅基于血压和动脉硬度(肱动脉脉搏波速度和主动脉增强指数)，均未对血管变化进行组织学评价。因此，将SWE与血压和动脉僵硬度相关，以及动脉玻璃样变等微血管改变的组织学评估，将能更进一步阐述详尽机制。糖尿病作为一种全身代谢性疾病，其会引起微血管病变，肾脏是靶器官之一，我们分析DKD引起平均Emean值的改变可能与肾脏微循环的受损以及组织弹性、硬度密切相关。本研究对SWE在DKD不同亚组中的诊断效能分析，结果显示，在早期肾病组、临床肾病组及尿毒症组中，平均Emean值均具有较高的灵敏度、特异度，该结果进一步证实了SWE应用于DKD诊断、肾功能评估中的可行性及可靠性。

本研究的局限性：①纳入病例数相对较少，未来可行大样本、多中心临床研究更深入探讨；②SWE的测量可能由于探头角度定位等的差异导致弹性值不同，需强调操作过程中的一致性。

综上所述，SWE参数Emean值与99mTc-DTPA标记的GFR水平具有较高的相关性，其在诊断DKD肾功能改变方面具有较高的诊断效能，SWE对于DKD的早期诊断、治疗等具有重要临床价值。