二维剪切波弹性成像评价2型糖尿病患者跟骨下脂肪垫改变

丁乙桐，张宇虹*，张 萍，苏本利

(1.大连医科大学附属第二医院超声科，2.内分泌科，辽宁 大连 116023)

糖尿病可导致肌肉骨骼系统并发症，足部最常受累。通过评估足底软组织力学特性可预测糖尿病足，协助临床早期干预高危糖尿病足患者[1]。既往研究[2-4]多应用测力计、病理及应变弹性成像技术评估跟骨下脂肪垫及跟腱弹性，并证实与糖尿病相关的跟骨下脂肪垫及跟腱机械性能已发生改变。本研究观察二维剪切波弹性成像(two-dimensional shear wave elastography， 2D-SWE)技术评估2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus， T2DM)患者跟骨下脂肪垫硬度改变的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 纳入2020年11月—2021年6月104例于大连医科大学附属第二医院住院治疗的T2DM患者，将其中54例病程≥10年者归为长病程组，男29例，女25例，年龄42～79岁，平均(62.5±8.9)岁，平均体质量指数(body mass index， BMI)为(24.85±2.83)kg/m2；将50例病程<10年者归为短病程组，男24例，女26例，年龄41～80岁，平均(60.1±8.8)岁，平均BMI为(25.00±2.72)kg/m2。纳入标准：①符合T2DM诊断标准[5]；②每日站立时间≤8 h；③BMI≤30 kg/m2。排除标准：①妊娠期糖尿病；②运动员；③足部畸形、外伤或手术史；④近3个月接受足跟类固醇注射；⑤合并风湿性疾病。以同期38名性别、年龄相匹配的健康志愿者作为对照组，男、女各19名，年龄42～78岁，平均(60.6±8.8)岁，平均BMI(24.25±2.54)kg/m2。本研究通过医院伦理委员会批准，检查前受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Mindray Resona8彩色多普勒超声诊断仪，L14-5WU线阵探头，频率5～14 MHz，内置实时2D-SWE应用软件。于清晨进行检查，嘱受试者检查前避免长时间行走，并静卧10 min。嘱受试者俯卧，双足悬于检查床末端；以75%乙醇清洁足底皮肤后，沿第二足趾与足跟中部方向画一条标记线，于探头表面涂抹大量耦合剂，沿标记线将探头于矢状切面垂直置于足底表面，以二维超声分别扫查双侧跟骨下脂肪垫，观察跟骨下脂肪垫内部回声。图像远端强回声伴后方声影结构为跟骨结节，其下方为跟骨下脂肪垫，由较高回声的纤维隔膜分为两层：浅层较薄，为微腔室(micro chamber)；深层较厚，为大腔室(macro chamber)。清晰显示上述解剖层次后，选取优质切面图像，激活2D-SWE模式，量程为100 kPa，保持探头稳定10 s，于彩色弹性图运动稳定指数达5星、可信度指数达90%及以上时冻结图像。选择跟骨结节下方区域为标准测量区域[6]，分别于跟骨下脂肪垫及大腔室放置圆形ROI，使之尽量覆盖最大区域，系统自动测量ROI内平均杨氏模量，即为跟骨下脂肪垫弹性模量(elastic modulus of heel pad， Ehp)及大腔室弹性模量(elastic modulus of macro chamber， Emacro)。另于跟骨结节下方微腔室放置1个圆形ROI，尽量覆盖最大区域，并于其两侧各放置1个相同大小的圆形ROI，计算3个ROI的平均杨氏模量，作为微腔室弹性模量(elastic modulus of the microchamber， Emicro)。以上参数均间隔30 s以上测量3次，计算平均值作为最终结果。见图1～3。

1.3 实验室检查 记录空腹血糖(fasting blood glucose， FBG)、糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin， HbA1c)、总胆固醇(total cholesterol， TC)、甘油三酯(triglyceride， TG)、高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein-cholesterol， HDL-C)及低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein-cholesterol， LDL-C)检查结果。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以χ2检验比较组间性别差异，以±s表示计量资料，2组间行t检验；3组间行单因素方差分析，对方差齐者以LSD-t检验行两两比较，对方差不齐者行Dunnett-t检验。采用Pearson相关性分析评价Ehp与实验室指标的相关性。以实验室指标为自变量，Ehp为因变量，进行多元线性逐步回归分析(引入水准为0.05，剔除水准为0.10)，分析影响Ehp的独立因素。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本资料 3组受试者性别、年龄及BMI差异均无统计学意义(χ2=0.17，F=1.03、0.89，P均>0.05)。长病程组与短病程组FBG、HbA1c、TC、HDL-C及LDL-C差异均无统计学意义(P均>0.05)，而TG差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

2.2 超声参数 组内左足与右足各弹性参数差异均无统计学意义(t=-1.59～1.76，P均>0.05)。长、短病程组Ehp、Emacro及Emicro均高于对照组(P均<0.05)，长病程组各参数均高于短病程组(P均<0.05)，见表2。

2.3 相关性及回归分析 相关性分析显示，Ehp与FBG、HbA1c均呈正相关(r=0.516、0.403，P均<0.001)，与HDL-C呈负相关(r=-0.521，P<0.001)，与其他实验室指标无显著相关(P均>0.05)。多元线性逐步回归分析显示，FBG、HbA1c及HDL-C均为Ehp的独立影响因素(P均<0.05)，见表3。

图1 长病程组T2DM患者，男，66岁，病程22年 A.左足跟骨下脂肪垫可信度图及弹性图； B.跟骨下脂肪垫及大腔室弹性参数测量图，Ehp为47.67 kPa，Emacro为48.05 kPa； C.微腔室弹性参数测量图保存的2个ROI的杨氏模量分别为44.94 kPa和46.00 kPa

图2 短病程组患者，男，68岁，T2DM病程8年 A.右足跟骨下脂肪垫可信度图及弹性图； B.跟骨下脂肪垫及大腔室弹性参数测量图，Ehp为41.14 kPa，Emacro为47.97 kPa； C.微腔室弹性参数测量图保存的2个ROI的杨氏模量分别为34.94 kPa和36.58 kPa

图3 对照组受试者，女，65岁 A.右足跟骨下脂肪垫可信度图及弹性图； B.跟骨下脂肪垫及大腔室弹性参数测量图，Ehp为29.84 kPa，Emacro为27.69 kPa； C.微腔室弹性参数测量图保存的2个ROI的杨氏模量分别为39.57 kPa和37.48 kPa

表1 104例T2DM患者实验室检查结果比较

表2 104例T2DM患者与38名健康人跟骨下脂肪垫超声弹性参数比较(kPa)

表3 影响T2DM患者Ehp的多元线性逐步回归分析结果

3 讨论

既往研究[3,7]显示，由跟骨下脂肪垫内纤维结构变化引起的足部机械性能改变可能导致糖尿病足进一步发展。足跟需承受行走时的应力及各韧带、肌肉的拉力，T2DM患者易出现足部创伤及溃疡。跟骨下脂肪垫为跟骨结节下方特殊的弹性脂肪组织，由密闭的螺旋不饱和脂肪腔组成，为纤维弹性组织所包裹，并固定于真皮与跟骨上，其功能是遇挤压和冲击时缓冲震荡，保护足底骨骼、肌肉、血管及神经[8-9]。跟骨下脂肪垫分为两层，即表面较薄的微腔室层和深部较厚的大腔室层[7]，前者主要包含弹性纤维，后者含有等量的胶原和弹性纤维；两层结构不同，其生物力学行为也不相同[10]。跟骨下脂肪垫具有各向异性特征，且两腔室生理功能不同，微腔室可保持跟骨下方大部分的大腔室组织，并防止大腔室过度变形；大腔室具有减震及缓冲作用，即具有组织变形后恢复其形状的能力[10]。

电子显微镜检查可见T2DM患者跟骨下脂肪垫内纤维间隔扭曲、碎裂，具有模糊条带周期的纤维及正常纤维；而于非糖尿病成年人跟骨下脂肪垫中仅见平行的胶原纤维结构。糖基化效应可能在无序胶原纤维的形成中具有核心作用[4]。跟骨下脂肪垫内纤维隔中的胶原纤维退化、无序胶原纤维形成及纤维束增多可能是大腔室硬度增加的主要原因；微腔室硬度增加的确切机制尚不清楚，可能与弹性纤维退变和脂肪碎裂为小球溢出，导致限制跟骨下方大腔室形变能力降低有关。微腔室及大腔室硬度增高可能限制跟骨下脂肪垫均匀分配负荷的能力。以上两个解剖层面的机械性能变化或可共同作用，使T2DM患者足跟缓冲能力减弱，更易受创伤和溃疡的影响。HSU等[10]以重力传感器测量跟骨下脂肪垫硬度，发现大腔室硬度与跟骨下脂肪垫硬度接近，即跟骨下脂肪垫弹性主要与大腔室相关，具有减震及缓冲作用。既往研究[10-11]证实，微腔室硬度高于大腔室。由于微腔室的主要功能是作为固有结构维持大腔室完整性，也可客观反映跟骨下脂肪垫硬度，但其内部硬度分布不均，因此需多次测量确定其弹性值。本研究应用2D-SWE技术评价T2DM患者及健康成人跟骨下脂肪垫弹性，结果显示随糖尿病病程增加，跟骨下脂肪垫及其微腔室、大腔室弹性模型增大，提示随着疾病进展，跟骨下脂肪垫弹性下降而逐渐变硬，与HSU等[12]研究结果相符。但亦有研究[7]认为T2DM患者微腔室硬度低于健康人，或与其样本量较小，且采用助力式弹性成像技术及接触面积较小的探头有关。

CHATZISTERGOS等[3]研究发现，罹患T2DM且FBG水平较高者跟骨下脂肪垫硬度更高，FBG与Ehp呈正相关，本研究结果与之相符。FBG、HbA1c与硬度的相关性可归因于高血糖的影响和糖基化对软组织内胶原纤维的作用[4]。另外，本研究回归分析显示，FBG、HbA1c是Ehp的独立影响因素。HDL-C是动脉硬化的保护性因素，HDL-C与Ehp呈负相关且为其独立影响因素，提示跟骨下脂肪垫硬度增高可能与其内部血管硬化有关，具体机制尚需进一步证实。

本研究的局限性：①样本量小；②T2DM患者服用降糖药物，可能对结果产生影响；③2D-SWE技术对操作者经验要求较高；④仅测量了非负重条件下的跟骨下脂肪垫弹性。

综上所述，利用2D-SWE技术可客观、准确地评价T2DM患者跟骨下脂肪垫硬度异常改变，对早期预防、诊治糖尿病足具有重要临床意义。