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]。其機制可能是腎實質(zhì)細胞中過多脂肪酸伴甘油三酯的累積導致腎臟慢性細胞功能障礙和損傷，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各類通路降低RELA 來預防和治療糖尿病腎病[8-10]。目前評估RELA 的金標準方法是病理活檢，然而這一方法由于手術(shù)風險和倫理影響而使用受限[11]。使用MRI 定量脂肪測量技術(shù)可以無創(chuàng)測量腎臟組織質(zhì)子密度脂肪分數(shù)（proton density fat fraction, PDFF）評估RELA[12-14]。最新的MRI定量脂肪測量技術(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不均勻性、T2、T1 效應(yīng)等混雜因素[15-17]。HISTO MRS 具有采集時間短，可以校正混雜因素等優(yōu)點[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量[19-23]。然而據(jù)我們所知，目前沒有研究應(yīng)用這些最新的脂肪定量測量技術(shù)來評估T2DM 患者的RELA，而且這兩種技術(shù)在RELA的一致性也沒有得到很好的評估。本研究的目的是比較基于六回波Dixon 和HISTO MRS 技術(shù)的脂肪定量指標在腎臟的一致性并探討其對腎功能損害的預測能力，為T2DM 患者腎臟脂毒性損害程度的評估、治療和預防方式的選擇及療效監(jiān)測提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本前瞻性臨床研究遵守《赫爾辛基宣言》，經(jīng)重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院倫理委員會批準，批準文號：2021-687，全體受試者均簽署了知情同意書。我們招募了2021 年6 月至2022 年7 月在重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(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。納入標準：（1）根據(jù)1999 年世界衛(wèi)生組織的T2DM 診斷標準進行T2DM 診斷，非T2DM 健康受試者為既往無T2DM 相關(guān)病史且檢查當天空腹血糖測試為正常者；（2）所有研究對象都簽署了知情同意書；（3）完成了腹部MRI 掃描。排除標準：（1）未同時完成Dixon 和HISTO 檢查；（2）圖像存在呼吸偽影或存在水脂交換異常，無法測量腎臟PDFF；（3）存在影響腎臟脂肪定量測量的疾病，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、人口學和實驗室數(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、運動史、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、通過慢性腎臟病流行病學協(xié)作方程計算的腎小球濾過率（estimated glomerular filtration rate, eGFR）等。以上生化指標均使用大型生化自動檢測儀，由醫(yī)院檢驗科根據(jù)標準步驟進行檢測。首先根據(jù)有無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T2DM組進行腎功能亞分組，分為T2DM患者腎功能正常組（N-T2DM），即eGFR 1級[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[eGFR 為30～89 mL/（min·1.73 m2）]；T2DM 患者腎功能嚴重受損組（S-T2DM），即eGFR 4、5級[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Dixon序列參數(shù)：重復時間4.66 ms，回波時間1.34、2.57 ms，切片厚度3 mm，片數(shù)64，矩陣210×320，激勵次數(shù)1，視野400 mm×350 mm，帶寬820 Hz/Px，采集時間17 s。

T1容積內(nèi)插屏氣檢查六回波Dixon序列參數(shù)：重復時間9.46 ms，回波時間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，激勵次數(shù)1，視野360 mm×315 mm，帶寬1060 Hz/Px，采集時間20 s。采集完成后使用西門子內(nèi)置的后處理工具包自動生成脂肪分數(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)：重復時間3000.00 ms，回波時間分別為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，混合時間10 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，體素10 mm×10 mm×30 mm。

1.2.2 數(shù)據(jù)測量分析

所有數(shù)據(jù)的測量分析由兩名放射科醫(yī)生（醫(yī)生A：3年經(jīng)驗，初級職稱；醫(yī)生B：2年經(jīng)驗，初級職稱）完成，結(jié)果不一致時協(xié)商解決。并由一名18 年經(jīng)驗的放射科高級職稱醫(yī)生（醫(yī)生C）對所有數(shù)據(jù)進行雙盲檢查并修正。

六回波Dixon 序列PDFF 的測量在軟件（sygno，via，Siemens Healthcare，Erlangen，德國）進行，分別選取以腎臟兩側(cè)腎門為中心的5個層面，將整個腎實質(zhì)手繪為感興趣區(qū)計算PDFF（圖2），單側(cè)腎臟PDFF由5 個測量層面的算術(shù)平均值計算，個體腎臟PDFF由雙側(cè)腎臟PDFF之和計算并記為D-PDFF。我們沒有進一步分別測量腎皮質(zhì)和髓質(zhì)的PDFF，因為兩個結(jié)構(gòu)之間的PDFF沒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)子密度脂肪分數(shù)測量示意圖。2A：在腎內(nèi)選取以腎門（黑色實線）為中心的五個測量層面（黑線虛線）；2B：在整個腎實質(zhì)（紅色區(qū)域）用白線標記邊界作為感興趣區(qū)；2C：手動將感興趣區(qū)放置在選定的5個層面上并避開腎周脂肪和腎竇脂肪，測定腎臟組織質(zhì)子密度脂肪分數(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 的測量首先在兩點Dixon 序列脂肪圖像上規(guī)畫腎實質(zhì)內(nèi)單個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，通過一次15 s 的屏氣掃描，直接生成雙腎PDFF 報告，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)子密度脂肪分數(shù)的測量示意圖。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）進行腎臟光譜定位和測量；3B：測量結(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)計學分析

統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)處理采用SPSS 25.0（IBM,Armonk, NY, USA）、Prism GraphPad 9.0（GraphPad Software，中國）軟件。通過Shapiro-Wilk檢驗來驗證計量資料的正態(tài)性，正態(tài)分布變量用（±s）表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。非正態(tài)分布變量用M（Q1，Q3）表示，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗。計數(shù)資料采用例（%）表示，組間比較采用χ2檢驗。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intra-class correlation coefficient, ICC）評價D-PDFF 與H-PDFF 之間的一致性。當ICC＜0.5時，為可靠性差；0.5≤ICC＜0.75時，為可靠性中等；0.75≤ICC≤0.9時，為可靠性好；ICC＞0.9時，為可靠性優(yōu)異[25]。通過傾向性評分法（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eGFR 與可能對其造成影響的人口、臨床、實驗室指標的相關(guān)性。以eGFR 為結(jié)果變量，將單因素分析中具有統(tǒng)計學意義的指標作為校正因素，采用多因素線性回歸分析兩種技術(shù)測得PDFF值是否為腎功能損傷的獨立危險因素。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

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 的組間差異均沒有統(tǒng)計學意義（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)計學意義（P＜0.001，圖4D），健康受試者H-PDFF和T2DM患者H-PDFF的差異無統(tǒng)計學意義（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)測得腎臟PDFF值組間差異；4E：兩組使用HISTO MRS技術(shù)測得腎臟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)子密度脂肪分數(shù)；H-PDFF：基于高速T2校正多回波磁共振波譜腎臟質(zhì)子密度脂肪分數(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)計學意義（P均≤0.001），其余差異均無統(tǒng)計學意義（P均＞0.05），結(jié)果詳見表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預測腎功能損傷風險的多因素線性回歸分析

T2DM 患者D-PDFF 與eGFR 呈負相關(guān)（r=-0.285，P＜0.001），T2DM 患者H-PDFF 與eGFR 無相關(guān)性（r=-0.008，P=0.918）。校正上述單因素分析中可能影響eGFR的臨床指標后，結(jié)果顯示D-PDFF是eGFR升高的獨立危險因素（β=-0.168，P=0.016），H-PDFF 在校正前后都不是獨立危險因素（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]，通過比較基于Dixon和HISTO MRS技術(shù)脂肪定量指標在腎臟的一致性并探討其對腎功能損害的預測能力，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)計學意義，而H-PDFF 無差異；我們還發(fā)現(xiàn)D-PDFF 是腎功能損害的危險因素。

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]。然而在腎臟脂肪測量中我們并沒有得到類似的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)D-PDFF 與H-PDFF 一致性較差。由于既往沒有研究對這兩種技術(shù)在腎臟應(yīng)用評估，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原因相關(guān)：（1）微小測量誤差對腎臟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)評估的感興趣區(qū)范圍更大，可以更好地量化整個腎臟的脂肪含量，減少了當脂肪分布不均勻時的采樣誤差。（3）HISTO MRS 應(yīng)用固定長方體設(shè)定感興趣區(qū)，相較于Dixon 技術(shù)的個性化設(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)測定數(shù)據(jù)的極端值更多，組內(nèi)個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會導致腎臟脂肪含量增加進而繼發(fā)腎脂毒性導致腎功能損害，基于MRI 的PDFF指標可以反映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 并沒有表現(xiàn)出類似的差異性，其原因可能也和上述HISTO技術(shù)易受到測量誤差影響有關(guān)。同時我們的結(jié)果顯示H-PDFF與eGFR并無相關(guān)性，而D-PDFF 即使在校正多種混雜因素后仍然與eGFR 獨立負相關(guān)，是腎功能損害的獨立危險因素，這也體現(xiàn)在N-T2DM組與M-T2DM組D-PDFF的組間差異有統(tǒng)計學意義上。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)風險和倫理考慮，我們沒有收集腎臟病理數(shù)據(jù)，因此影像學RELA 標志物與病理改變的關(guān)系有待進一步驗證；其次，腎臟脂肪定量測量目前應(yīng)用較少，設(shè)置掃描參數(shù)參照肝臟掃描方案，可能會影響測量精度，包括切片厚度、場強、接收線圈、3D 與2D 采集以及估計PDFF 算法的細節(jié)；最后，我們的數(shù)據(jù)來源于單中心，多數(shù)為輕度腎功能不全患者而健康組人數(shù)較少，結(jié)果可能無法代表整個人群并且無法排除儀器差異可能造成的影響，因此可能需要進行納入更大樣本規(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、選擇預防治療措施及療效監(jiān)測。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：毛蕓設(shè)計本研究的方案，對稿件重要內(nèi)容進行了修改；李易起草和撰寫稿件，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)，對稿件重要內(nèi)容進行了修改；全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對本研究的所有方面負責，確保本研究的準確性和誠信。