雙能量CT電子云密度/等效原子系數(shù)(Rho/Z)在小腎癌中的應(yīng)用

李健文， 周長圣， 張龍江， 盧光明

圖1 男，58歲，右腎ccRCC的ROI勾畫示意圖。圖2 男，60歲，右腎pRCC的ROI勾畫示意圖。

隨著多層螺旋CT(multi-slice spiral computed tomography,MSCT)的普及和廣泛使用[1，2]，早期腎腫瘤的檢出日益增多，且大多為局灶性的小腫塊(最大徑1～4cm)[3]。在成年人的原發(fā)性腎臟腫瘤中，腎細胞癌(renal cell carcinoma,RCC)約占80%。腎透明細胞癌(clear cell renal cell carcinoma，ccRCC)、乳頭狀腎細胞癌(papillary renal cell carcinoma，pRCC)及嫌色細胞癌(chromophobe renal cell carcinoma，ChRCC)是最常見的RCC病理亞型，分別占RCC的70%～75%、10%～15%及4%～5%[4,5]。ccRCC與pRCC、ChRCC兩者的生物學(xué)行為、預(yù)后大為不同，因此對ccRCC及非透明細胞腎細胞癌(non-clear cell RCC，nccRCC)準確的術(shù)前診斷有助于改善患者的臨床管理及預(yù)后[6-8]。

雙能量CT(dual-energy CT，DECT)是近年來逐漸普及并受放射醫(yī)師認可的一種新興檢查手段，尤其是在腹部影像領(lǐng)域[9-11]。與普通單能量CT相比，DECT能夠利用物質(zhì)對不同能量X線的衰減系數(shù)的不同實現(xiàn)物質(zhì)的分離，如碘元素[9]。DECT中的電子云密度/等效原子系數(shù)(electron density/effective atomic number,Rho/Z)是最近投入臨床使用的一項嶄新的后處理應(yīng)用，能夠定量分析腫瘤的某些特性，從而為臨床提供有用的信息[9-11]。目前，Rho/Z在泌尿系統(tǒng)中的應(yīng)用研究較少，而將Rho/Z應(yīng)用于小腎癌(最大徑1～4cm)分型的研究尚未見報道[12]。本研究旨在探討DECT增強掃描皮髓質(zhì)期中，Rho/Z在小腎癌分型中的應(yīng)用價值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性收集2012年1月-2016年10月在我院行DECT增強檢查提示腎腫塊的患者。納入標準：①腫塊最大徑1～4cm，且經(jīng)病理證實為ccRCC、pRCC或ChRCC；②腫瘤的DECT增強掃描期相包含皮髓質(zhì)期。最終納入本研究者87例(平均年齡53歲)，其中男58例(平均年齡53歲)，女29例(平均年齡55歲)。

2.設(shè)備與方法

DECT掃描方案：采用德國西門子公司的第一代DECT掃描儀(Somatom Definition，Siemens Healthcare)或第二代DECT掃描儀(Somatom Definition Flash，Siemens Healthcare)。所有患者在行增強掃描前先獲取定位像，確定掃描范圍，然后利用Lrich雙筒高壓注射器經(jīng)患者肘靜脈內(nèi)注射非離子對比劑碘佛醇或碘帕醇60 mL(300 mg I/mL)，注射流率4 mL/s。延遲時間使用人工智能觸發(fā)掃描系統(tǒng)確定，將興趣區(qū)(region of interest,ROI)放置在腹主動脈，當(dāng)CT值達到100 HU 7 s后開始觸發(fā)掃描。DECT掃描參數(shù)如下[13]：①第一代DECT掃描儀：A、B球管管電壓分別為l40、80 kV，參考管電流時間乘積分別為86、468 mAs，球管旋轉(zhuǎn)時間為0.5 s，螺距為0.8，重建厚度及間隔分別0.75及0.7 mm；②第二代DECT掃描儀：A、B球管管電壓分別為Snl40、100 kV，參考管電流時間乘積分別為210、162 mAs，球管旋轉(zhuǎn)時間為0.5 s，螺距為0.9，重建厚度及間隔分別0.75及0.7 mm。

圖像后處理:將所有患者的DECT數(shù)據(jù)導(dǎo)入西門子后處理工作站并選取皮髓質(zhì)期圖像進行圖像分析。手動選取Rho/Z應(yīng)用，自動生成偽彩圖。由一名放射醫(yī)師(具有2年泌尿系統(tǒng)影像診斷經(jīng)驗)對腫瘤影像進行分析及測量，且該名醫(yī)師在測量前不知曉腫瘤的病理結(jié)果。在腫瘤中選取3個強化程度最高的區(qū)域，并在對應(yīng)區(qū)域放置3個圓形或卵圓形ROI，盡量避開囊變、出血及壞死區(qū)域(圖1～2)。所有勾畫的ROI自動顯示病變的Z、Rho和雙能量指數(shù)(dual energy index，DEI)。計算并記錄3個ROI的平均Z值(Zmean)、Rho值(Rhomean)和DEI值(DEImean)。

3.統(tǒng)計學(xué)方法

應(yīng)用SPSS(IBM SPSS,version 22)軟件和MedCalc Statistical Software version 15.2.2 軟件對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。符合正態(tài)分布的計量資料采用均數(shù)±標準差表示，不符合正態(tài)分布的計量資料采用中位數(shù)(25%～75%)表示。采用t檢驗或非參數(shù)秩和檢驗進行兩組間計量資料的比較，采用卡方檢驗進行兩組間分類資料的比較。采用約登指數(shù)(敏感性+差異性-1)對具有統(tǒng)計學(xué)差異的參數(shù)進行受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析，使用約登指數(shù)的最大值作為準則選擇最佳閾值，且基于最佳閾值計算其正確率、敏感性、特異性及曲線下面積(area under the curve，AUC)，然后再聯(lián)合具有統(tǒng)計學(xué)差異的參數(shù)作ROC曲線分析，同時計算上述效能診斷參數(shù)。采用DeLong法比較參數(shù)模型間的差異[14]。P<0.05認為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖3 Zmean鑒別ccRCC和nccRCC的ROC曲線。圖4 DEImean鑒別ccRCC和nccRCC的ROC曲線。

結(jié) 果

1.病例基本信息

本研究納入ccRCC 70例(ccRCC組)，nccRCC 17例(nccRCC組，其中pRCC 10例，ChRCC 7例)，兩組的基本信息見表1。

表1 ccRCC和nccRCC的基本信息及DECT參數(shù)比較

2.DECT參數(shù)

ccRCC組和nccRCC組的DECT參數(shù)(Zmean、DEImean和Rhomean)見表1。Zmean和DEImean在兩組間的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.001),而Rhomean在兩組間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.141)。

3.ROC曲線分析

采用ROC曲線對Zmean和DEImean在ccRCC和nccRCC的組間鑒別效能進行分析，結(jié)果顯示Zmean的AUC為0.955，95%置信區(qū)間(0.887，0.988)，且當(dāng)診斷閾值為9.69時，敏感性和特異性之和達到最大，總體正確率為88.5%(77/87)，其中敏感度為94.1%(16/17)，95%置信區(qū)間(0.713，0.999)；特異度為87.1%(61/70)，95%置信區(qū)間(0.770，0.939)(圖3)。DEImean的AUC為0.953，95%置信區(qū)間(0.885，0.987)，且當(dāng)診斷閾值為0.044時，敏感性和特異性之和達到最大，總體正確率為83.9%(73/87)，其中敏感度為100%(17/17)，95%置信區(qū)間(0.805，1.000)；特異度為80%(56/70)，95%置信區(qū)間(0.687，0.886)(圖4)。Zmean和DEImean聯(lián)合診斷的AUC為0.965，95%置信區(qū)間(0.901，0.992)，總體正確率為88.5%(77/87)，其中敏感度為94.1%(16/17)，95%置信區(qū)間(0.713，0.999)；特異度為87.1%(61/70)，95%置信區(qū)間(0.77，0.939)(表2)。Zmean和DEImean，Zmean和DEImean+Zmean，DEImean+Zmean和DEImean的ROC曲線間均不具有統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.92，0.2，0.34)。

表2 各參數(shù)鑒別ccRCC和nccRCC的ROC曲線效能

討 論

本研究發(fā)現(xiàn)，DECT的Rho/Z應(yīng)用中的參數(shù)Z及DEI有助于小腎癌中的ccRCC及nccRCC的亞型鑒別，其準確率分別為88.5%及83.9%。

目前DECT在腎臟腫瘤中的應(yīng)用多聚焦在碘圖上，而對于其它應(yīng)用參數(shù)的探索較少[15，16]。Rho/Z是近年來DECT后處理技術(shù)上的一個突破，它能夠使擁有高原子序數(shù)的物質(zhì)(如碘和結(jié)石等)在CT圖上清晰的顯示出來。Rho/Z提供的3個參數(shù)具有不同的含義。等效原子序數(shù)Z代表物質(zhì)中原子核中的質(zhì)子數(shù)，而確定了Z就確定了某種物質(zhì)，因此對于ROI中的一些物質(zhì)，Z能提供某些有用的相關(guān)信息[12,17]。電子云密度Rho代表一個單位體積內(nèi)電子的數(shù)量[17]。DEI代表某種物質(zhì)的X線衰減系數(shù)在兩種不同光自能下的差異，不同物質(zhì)的DEI不同，其反映的是物質(zhì)間的差異，如碘的DEI比軟組織的DEI高[17]。由于ROI中的每一個體素均由多種元素構(gòu)成，而每個體素的組成元素成分又不一樣，因此每個ROI的Z、Rho和DEI均代表ROI內(nèi)的不同體素的加權(quán)平均結(jié)果[17]。

本研究結(jié)果顯示，Z和DEI均能有效地對小腎癌中的ccRCC和nccRCC進行區(qū)分。首先，ccRCC內(nèi)部腫瘤血管較nccRCC豐富，故增強掃描皮髓質(zhì)期時，ccRCC因其“快進快出”的強化特點其強化程度達到最大，腫瘤內(nèi)碘對比劑多，而nccRCC的腫瘤血管較少，所以強化相對不明顯，腫瘤內(nèi)碘對比劑少；由于碘的Z和DEI均明顯比腫瘤內(nèi)軟組織高，因此Z和DEI在ccRCC和nccRCC間具有統(tǒng)計學(xué)差異[18-20]。另一方面，對比直接測量CT值，Z和DEI或許是對腫瘤內(nèi)碘量更為直接的測量方式，因此富血供的ccRCC和相對乏血供的nccRCC在增強掃描皮髓質(zhì)期的含碘量差異可由Z和DEI充分的表達。本研究中的Rho在小腎癌中的ccRCC和nccRCC間不具有統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.141)，這可能是因為Rho受軟組織的影響較碘大，因此在增強掃描皮髓質(zhì)期，Rho在兩組間無統(tǒng)計學(xué)差異。Mileto等[12]發(fā)現(xiàn)Z有助于鑒別增強掃描腎實質(zhì)期的無強化腎囊腫和強化腫塊，而本研究發(fā)現(xiàn)Z和DEI有助于將小腎癌中的ccRCC和nccRCC鑒別開來，因此，DECT的Rho/Z在腎腫瘤中具有較為廣泛的應(yīng)用前景。

傳統(tǒng)三期增強CT診斷ccRCC和nccRCC的總體正確率約為74.5%～79.9%，而DECT的Rho/Z中的參數(shù)的診斷效能要優(yōu)于傳統(tǒng)三期增強CT[21]。本研究的結(jié)果顯示，盡管Z和DEI的聯(lián)合診斷的AUC較單獨的Z或DEI有所提高，但其特異性和敏感性較單獨的參數(shù)并沒有明顯提高，分析原因可能是Z和DEI各自的診斷效能已相對較高，因此兩者聯(lián)合并不能顯著提高診斷效能。本研究存在以下不足。首先，盡管本研究的ccRCC和nccRCC的比例(4.1：1)符合流行病學(xué)，但兩者比例不均衡可能會造成診斷結(jié)果偏向ccRCC；其次，本研究只在增強掃描皮髓質(zhì)期上開展[22]，未納入臨床上常用的期相——腎實質(zhì)期，可能會漏掉小腎癌在腎實質(zhì)期上的一些特征[3]；最后，由于樣本量的關(guān)系，本研究沒有設(shè)定驗證組對結(jié)果進行外部檢驗，這需要在以后的研究中進一步改善。

綜上所述，雙能量CT的Rho/Z應(yīng)用中的參數(shù)Z和DEI在增強掃描皮髓質(zhì)期可為臨床提供有用信息，有助于治療前小腎癌中ccRCC和nccRCC兩種亞型的有效鑒別。