張銳 周穎 倪文吉 黃亞 李丹丹 金濤 鐘勇

中國人民解放軍東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院健康醫(yī)學(xué)科 （南京 210018）

糖尿病是21 世紀(jì)主要的公共健康威脅之一，其特征是高血糖狀態(tài)，長期高血糖狀態(tài)會對多個器官造成嚴(yán)重?fù)p害，包括心臟、腎臟和視網(wǎng)膜［1-2］。據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會估計，2021 年約有5.37 億糖尿病患者，2030 年將增至6.43 億［3］。糖尿病患者的并發(fā)癥通常起病隱匿，早期發(fā)病時不具有典型的臨床特征，經(jīng)常導(dǎo)致診斷被延遲，從而發(fā)生嚴(yán)重并發(fā)癥甚至致命反應(yīng)，加重患者和醫(yī)療系統(tǒng)的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。此外，有并發(fā)癥的糖尿病患者的醫(yī)療保健成本是沒有并發(fā)癥的患者的2 倍多，因此早期發(fā)現(xiàn)糖尿病和相關(guān)并發(fā)癥至關(guān)重要，制定具有成本效益的輔助診斷策略是十分必要［4］。視網(wǎng)膜上分布有大量血管，這些血管與全身血管相連，是全身唯一可以通過照相直接觀察到的血管，它的健康與否反映了全身血管的健康狀態(tài)。人工智能（artificial intelligence， AI）輔助眼底照相可以獲取更多的視網(wǎng)膜血管量化數(shù)據(jù)，為研究全身血管狀態(tài)提供幫助。本研究利用AI 眼底輔助診斷軟件探討視網(wǎng)膜微血管指標(biāo)在糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy， DR）、糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）等糖尿病并發(fā)癥診斷中的應(yīng)用價值，對糖尿病并發(fā)癥的提示和輔助診斷提供新的思路。

1 資料與方法

1.1 一般資料選擇2022 年1-12 月中國人民解放軍東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院健康醫(yī)學(xué)科和內(nèi)分泌科門診305 例受試者作為研究對象，其中男171 例，女134 例，年齡 41 ～ 80 歲，平均57.69 歲，根據(jù)患者是否發(fā)生DR 和DN 分為健康對照組（n= 119）、糖尿病無DR 組（n= 100）和糖尿病合并DR 組（n= 86），其中糖尿病合并DR組又分為無DN組（n= 50）和并發(fā)DN 組（n= 36），見圖1。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）健康對照組受檢者符合收縮壓≥ 90 mmHg且＜ 140 mmHg，舒張壓 ≥ 60 mmHg且＜ 90 mmHg、三酰甘油（triglyceride， TG）＜ 1.7 mmol/L、3.9 mmol/L≤空腹血糖（fasting blood glucose， FBG） ＜ 6.1 mmol/L、餐后2 h血糖（2-hour postprandial blood glucose， 2hPBG） ＜7.8 mmol/L、4% ＜ 糖化血紅蛋白（glycosylated hemoglobin， HbA1c） ＜ 6%；糖尿病患者均為2 型糖尿病患者，診斷符合《中國老年糖尿病診療指南（2021年版）》［5］相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；DR 符合《我國糖尿病視網(wǎng)膜病變臨床診療指南（2022 年）》［6］；DN 診斷標(biāo)準(zhǔn)符合糖尿病患者的尿白蛋白-肌酐比值（urine albumin to creatinine ratio， UACR）持續(xù)升高且＞ 30 mg/g或估計腎小球濾過率（estimated glomerular filtration rate， eGFR）持續(xù)降低且＜ 60 mL/（min·1.73 m2）［7］；（2）自愿參與本次研究；（3）病史資料完整；（4）依從性佳，配合度好。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）臨床資料嚴(yán)重不全無法進行分析者；（2）屈光介質(zhì)混濁導(dǎo)致無法獲取清晰眼底照片的受檢者，例如角膜白瘢、嚴(yán)重白內(nèi)障等；（3）急慢性感染、血液系統(tǒng)疾病、肝腎等臟器功能障礙者；（4）有高血壓視網(wǎng)膜病變及其他引起視網(wǎng)膜出血的眼底病變者；（5）已行視網(wǎng)膜激光光凝術(shù)者；（6）合并惡性腫瘤疾病、嚴(yán)重心腦血管疾病者。

圖1 不同組別受試者的眼底照相Fig.1 Fundus photography of subjects from different groups

1.2 研究方法收集所有受試者的性別、年齡、身高、體質(zhì)量、BMI、收縮壓、舒張壓、糖尿病病史等。采用黃色促凝膠真空采血管采集受檢者清晨空腹靜脈血3 mL，并使用全自動生化分析儀檢測FBG、2hPBG、HbA1c、TG、總膽固醇（total cholesterol， TC）、高密度脂蛋白膽固醇（high-density lipoprotein cholesterol， HDL-C）、低密度脂蛋白膽固醇（low-density lipoprotein cholesterol， LDL-C）、血尿酸（blood uric acid， BUA）、血清肌酐（serum creatinine， SCR）等生化指標(biāo)，根據(jù)腎臟病膳食改良試驗（modification of diet in renal disease， MDRD）方程［8］計算eGFR。

1.3 眼底指標(biāo)測量于暗室中采用日本拓普康TRC-NW400 全自動免散瞳眼底照相機對患者進行雙眼眼底圖像采集。使用鷹瞳Airdoc 自動分析軟件進行眼底血管測量。測量B 區(qū)（即距離視盤邊緣1/2～1 視盤直徑范圍內(nèi)）的4 條視網(wǎng)膜動脈（顳側(cè)上動脈、顳側(cè)下動脈、鼻側(cè)上動脈、鼻側(cè)下動脈）和視網(wǎng)膜靜脈（顳側(cè)上靜脈、顳側(cè)下靜脈、鼻側(cè)上靜脈、鼻側(cè)下靜脈）直徑，如圖2 所示。根據(jù)測量的血管像素直徑，分別得到4 條視網(wǎng)膜動脈和靜脈血管實際直徑，再通過矯正的Parr-Hubbard公式［9］，算出視網(wǎng)膜中央動脈當(dāng)量（central retinal arteriolar equivalent， CRAE）、視網(wǎng)膜中央靜脈當(dāng)量（central retinal venular equivalent， CRVE）、視網(wǎng)膜動靜脈比（arteriole-tovenule ratio， AVR）；AI 分析以黃斑為中心的45°范圍內(nèi)視網(wǎng)膜出血總面積（mm2）、出血最大面積（mm2）、出血總個數(shù)（n）、滲出總面積（mm2）、滲出最大面積（mm2）及滲出總個數(shù)（n）。

圖2 智能圖像軟件分析視網(wǎng)膜動靜脈范圍Fig.2 Intelligent image software analysis of retinal arteriovenous range

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS 26.0 統(tǒng)計軟件對所有數(shù)據(jù)運算處理。計數(shù)資料以例（%）表示，各計量資料經(jīng)正態(tài)性及方差齊性檢驗，符合正態(tài)分布計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，兩組間差異采用獨立樣本t檢驗，多組間差異采用Kruskal-WallisH檢驗。不符合正態(tài)分布的計量資料統(tǒng)計描述采用M（P25，P75）表示，組間比較使用Kruskal-WallisH檢驗，視網(wǎng)膜微血管病變指標(biāo)對DN 的影響采用二分類logistic 回歸分析。以P＜ 0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 三組不同人群的一般資料比較本研究共納入305 例研究對象，根據(jù)血糖水平、糖尿病并發(fā)癥情況分為健康對照組、糖尿病無DR 組、糖尿病并發(fā)DR 組。其余各項資料詳見表1。

表1 正常對照組、糖尿病無DR 組與糖尿病并發(fā)DR 組的一般資料Tab.1 General information of normal control group， diabetes without DR group and diabetes with DR group ±s

表1 正常對照組、糖尿病無DR 組與糖尿病并發(fā)DR 組的一般資料Tab.1 General information of normal control group， diabetes without DR group and diabetes with DR group ±s

注：與健康對照組相比，aP ＜ 0.05；與糖尿病無DR組相比，bP ＜ 0.05

項目男性［例（%）］年齡（歲）身高（cm）體質(zhì)量（kg）BMI（kg/m2）收縮壓（mmol/L）舒張壓（mmol/L）TC（mmol/L）TG（mmol/L）LDL-C（mmol/L）HDL-C（mmol/L）BUA（μmol/L）SCR（μmol/L）eGFR［mL/min·1.73 m2］P值＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001＜ 0.001 0.177 0.564健康對照組（n = 119）57（48.00）46.03 ± 5.31 168.27 ± 0.67 64.51 ± 0.86 22.73 ± 0.20 109.37 ± 0.76 67.92 ± 0.79 4.47 ± 0.05 0.85 ± 0.03 2.22 ± 0.04 1.41 ± 0.03 285.18 ± 4.86 67.96 ± 1.17 102.37 ± 1.26糖尿病無DR組（n = 100）88（88.00）ab 51.02 ± 12.53a 176.67 ± 6.60 75.41 ± 1.27a 25.71 ± 0.46a 129.57 ± 1.96a 78.83 ± 1.22a 4.97 ± 0.11a 2.19 ± 0.17a 2.48 ± 0.09a 1.24 ± 0.03a 387.08 ± 10.32a 72.00 ± 1.60 101.70 ± 1.27糖尿病并發(fā)DR組（n = 86）36（42.00）ab 53.42 ± 10.73a 168.08 ± 0.86 70.55 ± 1.21a 24.90 ± 0.32a 126.72 ± 1.867a 78.58 ± 1.13a 5.16 ± 0.16a 2.34 ± 0.20a 2.81 ± 0.11ab 1.18 ± 0.05a 351.51 ± 11.08ab 72.53 ± 3.37 100.04 ± 2.17 F/χ2值32.70 15.641 1.731 29.482 25.451 71.168 45.445 17.431 43.666 17.573 17.160 43.031 1.743 0.574

2.2 三組不同人群的血糖及視網(wǎng)膜血管情況對比經(jīng)過Kruskal-WallisH檢驗發(fā)現(xiàn)三組中的年齡、FBG、2hPBG、HbA1c、CRAE、AVR 差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜ 0.05），CRVE 差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞ 0.05）。與健康對照組相比，糖尿病無DR組的FBG、2hPBG、HbA1c水平較高，CRAV、AVR 較低（均P＜ 0.05），CRVE 差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞ 0.05）；與健康對照組、糖尿病無DR 組相比，糖尿病并發(fā)DR 組的FBG、2hPBG 水平較高，CRAV、AVR 較低（均P＜ 0.05），CRVE 無明顯差異（P＞ 0.05），HbA1c較健康對照組高（P＜ 0.05），較糖尿病無DR 組低（P＜ 0.05）。見表2。

表2 健康對照組、糖尿病無DR 組與糖尿病并發(fā)DR 組的相關(guān)指標(biāo)比較Tab.2 Comparison of related indicators between healthy control group， diabetes without DR group and diabetes with DR group M（P25，P75）

2.3 糖尿病無DN 組和糖尿病并發(fā)DN 組的視網(wǎng)膜微血管情況對比分析本研究糖尿病并發(fā)DR患者86 眼，根據(jù)是否并發(fā)DN 將其分為兩組，糖尿病無DN 組50 例（58%），糖尿病并發(fā)DN 組36 例（42%）。兩組間經(jīng)獨立樣本t檢驗分析，糖尿病病史、出血總個數(shù)、滲出總面積、滲出最大面積及滲出總個數(shù)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜ 0.05），年齡、CRAE、CRVE、AVR、出血總面積、出血最大面積差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞ 0.05）。見表3。

表3 86 例糖尿病并發(fā)DR 患者視網(wǎng)膜微血管指標(biāo)按是否并發(fā)DN 分組比較Tab.3 Comparison of retinal microvascular indexes in 86 patients with diabetes complicated with DR by DN or not ±s

表3 86 例糖尿病并發(fā)DR 患者視網(wǎng)膜微血管指標(biāo)按是否并發(fā)DN 分組比較Tab.3 Comparison of retinal microvascular indexes in 86 patients with diabetes complicated with DR by DN or not ±s

組別年齡（歲）糖尿病病史（年）CRAE CRVE AVR出血總面積（mm2）出血最大面積（mm2）出血總個數(shù)（個）滲出總面積（mm2）滲出最大面積（mm2）滲出總個數(shù)（個）無DN組（n = 50）53.30 ± 10.43 9.61 ± 7.14 0.021 ± 0.006 0.034 ± 0.027 0.698 ± 0.131 0.170 ± 0.378 0.056 ± 0.102 7.21 ± 11.54 0.100 ± 0.179 0.049 ± 0.065 6.13 ± 14.67并發(fā)DN組（n = 36）55.27 ± 12.31 14.29 ± 8.44 0.020 ± 0.006 0.029 ± 0.009 0.687 ± 0.107 0.299 ± 0.372 0.092 ± 0.101 17.76 ± 19.67 0.581 ± 0.992 0.163 ± 0.276 19.96 ± 30.80 t值-0.734-2.455 1.117 0.899 0.383-1.389-1.418-2.465-2.454-2.081-2.159 P值0.465 0.017 0.268 0.371 0.703 0.169 0.161 0.019 0.021 0.047 0.039

2.4 視網(wǎng)膜微血管病變指標(biāo)與DN 的二元logistic回歸分析分析在矯正性別、年齡、身高、體質(zhì)量、BMI、收縮壓、舒張壓因素后糖尿病并發(fā)DR 組CRAE、CRVE、AVR、出血總個數(shù)、出血總面積、出血最大面積、滲出總面積、滲出最大面積、滲出總個數(shù)對DN 的影響。分析結(jié)果顯示視網(wǎng)膜出血總個數(shù)、滲出總面積、滲出最大面積、滲出總個數(shù)與DN存在相關(guān)性，當(dāng)視網(wǎng)膜出血總面積、滲出總面積、滲出最大面積增加時，DN患病風(fēng)險上升。見表4。

表4 二元logistic 回歸分析糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變指標(biāo)對DN 的影響Tab.4 Binary logistic regression analysis of the influence of retinal microvascular disease indicators on DN in diabetes

3 討論

由于經(jīng)濟的快速發(fā)展、居民飲食結(jié)構(gòu)的改變以及龐大的人口基數(shù)，我國糖尿病人數(shù)已高達1.4 億，成為世界上糖尿病最多的國家之一［10］，糖尿病以及糖尿病引起的眼底、腎臟疾病的患病率也在逐年上升［11-12］。DR 期通常沒有明顯癥狀，而隨著病情的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)視力下降等癥狀，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致失明，對患者的日常生活和工作造成很多的不便。DN 作為全球終末期腎?。╡nd stage renal disease， ESRD）發(fā)生的第一病因，其臨床預(yù)后并不樂觀，嚴(yán)重危害人類生命健康［13-15］，一旦DN進展到ESRD，腎臟功能嚴(yán)重惡化，只有進行透析或腎移植來進行腎臟替代治療［16-18］。所以糖尿病篩查及其并發(fā)癥的診斷至關(guān)重要，本研究可能為使用AI 輔助無創(chuàng)簡易的眼底照相檢查方法作為風(fēng)險評估、治療策略和并發(fā)癥預(yù)測的靶點提供工具。為探索診斷糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生提供研究基礎(chǔ)。免散瞳眼底照相機操作簡單、迅速、無創(chuàng)，不管在體檢中心還是臨床科室都發(fā)揮著不可替代的作用。近年來，在數(shù)字經(jīng)濟不斷推進的大背景下，AI 發(fā)展迅速，并與多種應(yīng)用場景深度融合，通過眼底照片大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)，能快速準(zhǔn)確標(biāo)記特定特征和相關(guān)數(shù)據(jù)模型，提供初步診斷結(jié)果，同時有研究統(tǒng)計，醫(yī)療數(shù)據(jù)中有超過90%的數(shù)據(jù)來自于醫(yī)學(xué)影像，但是影像診斷過于依賴人的主觀意識，容易發(fā)生誤判，AI 可以直接提取視網(wǎng)膜血管及病變的量化指標(biāo)，比人工篩查靈敏度更高，更能夠敏感地捕捉到一些早期的易遺漏的細(xì)節(jié)，提高診療效率，在疾病應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和治療方案管理的制定中起到積極的作用，從而減緩DR 發(fā)展進程，進一步避免DN 的發(fā)生［19］。

AI 眼底影像在DR 診斷和分級方面做了大量的研究，對于糖尿病的發(fā)現(xiàn)和控制情況的反應(yīng)均有著高靈敏度和高特異度［20］。既往有研究顯示［21］，CRVE 與DR 嚴(yán)重程度相關(guān)，有多種族人群的橫斷面研究［22］表明，視網(wǎng)膜靜脈的增寬與FBG 受損相關(guān)，這種視網(wǎng)膜管徑的變化反映了早期糖尿病微血管的損傷。在本研究中，與正常對照組相比，糖尿病無DR 組的FBG、2hPBG、HbA1c水平較高，CRAV、AVR 較低，糖尿病并發(fā)DR 組的FBG、2hPBG 水平較正常對照組及糖尿病無DR 組高，CRAV、AVR較低，表明糖尿病會導(dǎo)致視網(wǎng)膜微血管發(fā)生改變。在本研究中正常對照組、糖尿病無DR 組與糖尿病并發(fā)DR 組的FBG、2hPBG、HbA1c、CRAE、AVR差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，CRVE 差異無統(tǒng)計學(xué)意義，可見糖尿病患者的微血管病變中動脈改變較靜脈更為明顯，這可能也受到血壓的影響，后期在研究中，我們會進一步排除可能的影響因素，并進行深入研究，使本研究更具有科學(xué)性。另外，本次研究中糖尿病并發(fā)DR 組的HbA1c較糖尿病無DR 組低，可能由于該組人物經(jīng)過內(nèi)分泌科的系統(tǒng)治療，血糖水平控制較佳。與無DN 組相比，并發(fā)DN 組的年齡、糖尿病病史、CRAE、CRVE、AVR、出血總面積、出血最大面積、出血總個數(shù)、滲出總面積、滲出最大面積及滲出總個數(shù)水平較高，回歸分析顯示視網(wǎng)膜微血管指標(biāo)與DN 存在相關(guān)性，當(dāng)視網(wǎng)膜出血總面積、滲出總面積、滲出最大面積增加時，DN 患病風(fēng)險上升，所以當(dāng)未發(fā)現(xiàn)糖尿病的體檢人群在行眼底照相檢查時出現(xiàn)視網(wǎng)膜出血、滲出等情況時，需要納入腎臟相關(guān)檢查指標(biāo)，進一步完善體檢套餐，以避免不可逆腎臟損害的發(fā)生。糖尿病并發(fā)DR 組中，無DN 組和并發(fā)DN 組的糖尿病病史、出血總個數(shù)、滲出總面積、滲出最大面積及滲出總個數(shù)存在顯著差異，這與既往的一些研究結(jié)果相同［23］，既往有研究表明視網(wǎng)膜病變的級別與腎臟病的嚴(yán)重程度相關(guān)，同樣有多項研究顯示眼底視網(wǎng)膜靜脈直徑增大與DN 的嚴(yán)重程度有關(guān)［24］，可能是由于眼、腎臟兩個器官的衍生過程中存在包括Pax2、BMP7 和WT-1 的一些共有的基因，當(dāng)這些基因發(fā)生改變時，會累及這些基因不同的臟器發(fā)生疾病改變［25］。但是腎血管病理學(xué)的評估需要侵入性操作，有創(chuàng)且費用高，但是AI 輔助眼底照相檢查可以無創(chuàng)、便廉、準(zhǔn)確地觀察到視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)。因此，腎臟病患者的眼底影像可提供有關(guān)腎臟疾病進展及預(yù)后等有價值的信息，所以對糖尿病尤其是DN 人群進行定期全面眼科檢查是有益處的。

本研究存在一定局限性，由于研究對象的職業(yè)特殊性，個別分組中研究對象性別比失衡，計劃聯(lián)合其他醫(yī)院和地區(qū)，收集不同單位、職業(yè)的人群，并且本次研究樣本量較少，后續(xù)將加大樣本量的收集，增加診斷靈敏度、診斷特異度以及一致性等評價指標(biāo)，評價AI 視網(wǎng)膜微血管分析對糖尿病并發(fā)癥的診斷性能。另外，此次DR、DN 患者未進行進一步的細(xì)化分級，后續(xù)我們團隊會在大樣本量的基礎(chǔ)上對糖尿病并發(fā)癥進行分級，以增加結(jié)果的可靠性和普適性。

綜上所述，AI 視網(wǎng)膜微血管分析可敏感捕捉到視網(wǎng)膜的早期改變，在糖尿病及其并發(fā)癥進展的觀察和預(yù)測方面可以提供一定的臨床指導(dǎo)意義。

【Author contributions】ZHANG Rui collected data and wrote the article. ZHOU Ying and NI Wenji collected data. HUANG Ya， LI Dandan and JIN Tao revised the article. ZHONG Yong designed the studyand reviewed the article. All authors read and approved the final manuscript as submitted.

【Conflict of interest】The authors declare no conflict of interest.