基于影像特征對透明細胞腎細胞癌病理分級的預測研究

康欽欽 田冰 邊云 李晶 劉芳 郝強 陸建平

透明細胞腎細胞癌（clear cell renal cell carcinoma，CCRCC）是最常見的腎細胞組織學類型［1］。雖然目前臨床治療技術在不斷發展，但腎細胞癌的整體預后卻仍然較差。腫瘤的Fuhrman 分級是患者預后最可靠且獨立的預后因素［2］。經皮腎活檢是目前術前唯一確定此分級的方法，但其診斷的符合率并不高［3］。對影像醫生而言，尋找一種能夠與病理分級相關的影像特征可彌補腎活檢的缺陷從而無創評估患者預后［4,5］。本研究將從增強CT 圖像中提取多種形態學征象、RENAL 評分以及增強測量值等特征集，利用多變量Logistic 回歸模型構建CCRCC 不同病理分級的預測模型，探索適合術前預測分級的特征集組合，為個性化治療方式提供有力證據。

資料與方法

1.研究對象

本研究回顧性分析2015 年3 月～2017 年6 月全部經手術病理證實的543 例行根治性手術切除或部分腎切除術的CCRCC 患者。初步研究患者的納入標準：（1）患者采用320 排動態容積CT 進行腎動靜脈血管造影檢查，均獲得皮髓交界早期、皮髓交界期及腎實質期圖像；（2）圖像質量佳且無明顯偽影；（3）術后均采用Fuhrman 分級系統進行分級，分級結果明確。初始研究的排除標準：（1）術前發現肺、骨或淋巴結轉移患者；（2）組織病理學分級不明確（跨級別例如Ⅱ～Ⅲ級、Ⅰ～Ⅱ或Ⅲ～Ⅳ級）；（3）圖像質量不佳；（4）未行320 排動態容積CT 進行腎動靜脈血管造影檢查。最終納入180 例CCRCC 患者進入研究，采用Zisman 等的推薦分為低級別組［Ⅰ級（39 例）和Ⅱ級（61 例）共100 例］、高級別組［Ⅲ級（58 例）和Ⅳ級（22 例）共80 例］。低級別組：男73 例，女27 例，平均57.3 歲。高級別組：男61 例，女19 例，平均56.8 歲。180 例患者中僅27 例伴有臨床癥狀（腰部不適、腰痛、血尿等），其余均為偶然發現，無明顯臨床癥狀。血液指標均無明顯異常。患者按照掃描時間順序分為訓練集（2015年3 月～2016 年11 月）和驗證集（2016 年11 月～2017 年6 月）。低級別組：訓練集70 例，驗證集30例；高級別組：訓練集64 例，驗證集16例。

2.圖像采集方法

180 例CCRCC 患者均行320 排動態容積CT（Aquilion ONE，Toshiba Medical Systems，Otawara，Japan）掃描和雙筒高壓注射器。

檢查前應空腹4 h 以上，體位采用仰臥位，掃描范圍應包括雙側整個腎臟及腎上腺。掃描期相包括4 期：（1）平掃；（2）皮髓交界早期：采用高壓雙筒注射器經肘前靜脈注射非離子型碘對比劑370 mg/ml，1.5 ml/kg，流率3.5 ml/s，采用實時跟蹤掃描技術及智能跟蹤軟件，在主動脈CT 值到達220 HU 之后4 s 啟動皮髓早期掃描；（3）皮髓交界期：皮髓交界早期15 s 后；（4）實質期：皮髓期30 s后掃描。另外經Vital 后處理工作站重組冠狀位及矢狀位圖像。

320 排動態容積CT 掃描參數：管電壓120 kV、管電流300 mAs、層厚0.5 mm、螺距0.87、層面準直100 mm×0.5 mm。

3.圖像處理

由兩名具有5～10 年CT 圖像閱片經驗的放射科醫生在不知病理分級的情況下對每個腫瘤的術前CT 橫斷位、冠狀位及矢狀位圖像進行評估，評估內容包括腫瘤的解剖及形態學特征：大小（測量腫瘤最大橫截面的最長徑）、左右、位置（以腎門上方和下方兩個水平切面為界，腫瘤的中心點位于兩個切面之間為中極，上方切面以上為上極，下方為下極）、形態（圓形、類圓形、不規則形）、有無囊變（平掃呈液性密度，增強后呈無強化）、假包膜有無（增強后腫瘤周圍是否有無環形低密度區）、啤酒征（突出腎臟皮質邊緣的瘤體部分和腎臟接觸面超過3 mm 為陽性）、夾角征（瘤體和腎臟實質接觸的夾角小于90°為陽性）、異質性（CT 平掃及增強后密度是否均勻）、鈣化、RENAL 評分及定量特征（平掃及各期增強CT 值）。

通過腎臟腫瘤4 期圖像的CT 值計算各期腫瘤的CT 值變化，用病變PAC（percentage attenuation change）表示，公式為（各期增強CT 值－平掃CT 值）/平掃CT 值。

ROI 勾畫：ROI 盡量位于腫瘤實性部分的中心位置，腫瘤強化不均勻時應選擇CT 值最高的部位。盡量避免囊變、壞死及出血區，避免ROI 位于病灶邊緣所帶來的容積效應。此外，正常腎皮質ROI 位置應盡量放置于正常皮質強化CT 值最高區域。ROI 面積為0.25～0.5 cm2。ROI 的勾畫需兩名放射科醫生達成一致。

RENAL 評分標準。R 評分：腫瘤在任一層面的最大直徑（1分：直徑≤4 cm；2 分：直徑4～7 cm；3 分：直徑≥7 cm）；E 評分：腫瘤的生長特性（1 分：外生性部分≥50%；2 分：外生性部分＜50%；3 分：完全內生性生長）；N 評分：腫瘤最深處與腎竇之間的距離（1 分：距離≥7 cm；2 分：距離4～7 cm；3 分：距離≤4 cm）；A 評分：腫瘤位于冠狀面的前/后，屬于定性變量（a：前方；p：后方；x：不明確）；L 評分：腫瘤與極線（腎門上方及下方所對應的切面）的關系（1 分：腫瘤位于極線的兩端；2 分：腫瘤跨過極線但不超過直徑的50%；3 分：腫瘤超過50%的部分跨越極線或腫瘤完全位于極線之間）。

4.統計學處理

對所有連續變量進行正態分布檢驗和方差齊性檢驗。對測試集和訓練集分別分析各參數在兩組之間的差異。正態分布參數用均數±標準差表示，其在高級別及低級別組CCRCC 之間的差異采用獨立t 檢驗。對于不符合正態分布的參數值用中位數和范圍表示，采用Wilcoxon 秩和檢驗比較兩組之間的差異。分類資料在兩組間的差異采用卡方檢驗。對訓練集和測試集分別采用單因素Logistic 回歸分析，選擇具有統計學意義的指標納入多變量Logistic 回歸分析。最后用多變量Logistic 回歸分析中有意義的參數建立預測模型，采用ROC 曲線下分析預測模型的診斷能力。運用R 軟件（3.6.1 版本）對實驗數據進行統計學處理和分析，P＜0.05 認為有統計學差異。

結果

1.高、低級別CCRCC 的各參數差異（圖1～4）

圖1 透明細胞腎細胞癌FuhrmanⅠ級。男，67 歲，體檢發現右腎腫物3 周，腫瘤約20.8 mm，病灶最深處距離集合系統的距離10.3 mm。a)～d)依次為CT 平掃、皮髓早期、皮髓期、實質期圖像，腫瘤實質的CT 值分別為34.6 HU、155.3 HU、204.9 HU、129 HU，皮髓期PAC 為4.9。RENAL 評分：1（R）、1（E）、1（N）p（A）、1（L），總分4 分+p

圖2 透明細胞腎細胞癌Fuhrman Ⅱ級。男，56 歲，體檢發現右腎腫物1 個月余，腫瘤約32 mm，病灶最深處距離集合系統的距離22.8 mm。a)～f)依次為CT 平掃、皮髓早期、皮髓期、實質期增強圖像、3D 圖像、皮髓期增強冠狀位圖像。腫瘤實質的CT 值分別為34 HU、162.3 HU、206 HU、123 HU，皮髓期PAC 為5.05。RENAL 評分：1（R）、1（E）、1（N）、a（A）、1（L），總分4 分+a

圖3 透明細胞腎細胞癌Fuhrman Ⅲ級。女，45 歲，左腎癌術后4 年復查發現右腎腫物，無明顯臨床癥狀，腫瘤約37.4 mm，病灶最深處距離集合系統的距離0 mm。a)～d)依次為CT 平掃、皮髓早期、皮髓期、實質期增強圖像、3D 圖像、皮髓期增強冠狀位圖像。腫瘤實質的CT 值分別為31 HU、155 HU、196 HU、124 HU，皮髓期PAC 為5.3。RENAL 評分：1（R）、2（E）、3（N）、x（A）、3（L），總分為9 分+x圖4 透明細胞腎細胞癌Fuhrman Ⅳ級。女，56 歲，體檢發現右腎腫物，腫瘤約73.5 mm，病灶最深處距離集合系統的距離0 mm。a)～d)依次為CT 平掃、皮髓早期、皮髓期、實質期增強圖像、3D 圖像、皮髓期增強冠狀位圖像。腫瘤實質的CT值分別為35 HU、150 HU、230 HU、155 HU，皮髓期PAC 為5.6。RENAL 評分：3（R）、2（E）、3（N）、p（A）、3（L），總分為11 分+p

訓練集內兩組具有統計學差異的參數為腫瘤大小、病變皮髓期PAC、RENAL 評分。低級別CCRCC 的腫瘤約29 mm（7.6～101.5 mm）、高級別CCRCC 的約（39.47±14.71）mm，P ＜0.05。高級別CCRCC 的皮髓期PAC 為5.24±0.37、低級別CCRCC 的皮髓期PAC 為4.83±0.26（P ＜0.05）。高級別組RENAL 評分中的R、E、N、L 總分均值為8.28±1.17；低級別透明細胞癌的評分總分為5.67±1.22（圖1～4）。年齡、性別、左右、位置、形態、啤酒征、夾角征、囊變、假包膜、皮髓早期及實質期PAC 值在二者之間無明顯統計學差異。

驗證集內兩組之間具有統計學意義的參數為位置、皮髓期PAC、E 評分、N 評分、L 評分及RENAL 總分。高級別透明細胞腎細胞癌的皮髓期PAC 為5.26±0.36、低級別CCRCC 的皮髓期PAC為4.82±0.22（P＜0.05）.高級別組RENAL評分中的R、E、N、L 總分均值為8.5±0.97；低級別透明細胞癌的評分總分為5.7±1.15。

180 例研究患者中僅有3 例腫瘤內出現鈣化，全部腫瘤均存在一定的異質性。

2.單因素Logistic 回歸分析結果（表1）

訓練集內對于兩組不同病理級別CCRCC 具有明顯相關性的特征為皮髓期PAC、腫瘤大小、E 評分、L 評分及總分，OR 值及95%可信區間分別為：86.04（17.09～433.12）、1.03（1.01～1.05）、11.33（2.87～44.80）、13.81（4.74～40.23）、9.93（4.20～23.49）。驗證集內具有明顯相關性的參數為皮髓期PAC、E 評分及總分。OR 值及95%可信區間分別為：300.82（10.57～8563.12）、40（2.88～554.74）、31.71（3.07～327.16）。

3.多因素Logistic 回歸分析結果

多變量Logistic 回歸結果顯示皮髓期PAC 及RENAL 總分為區別高、低級別透明細胞腎細胞癌的重要因素，OR值及95%可信區間分別為：7.09（2.41～20.85）、11.71（4.19～32.73）。

預測模型的回歸方程式為：-17.36+1.96* 皮髓期PAC +2.46* 總分。

4.預測模型的診斷效能

ROC 曲線下分析預測模型的診斷能力（表2、圖5）。此模型能很好的預測透明細胞腎細胞癌的不同病理分級，其曲線下面積、敏感度及特異度分別為0.97、96%、91%和0.99、100%、96%。

討論

本研究開發并驗證了一個基于CT 影像特征及解剖學RENAL 評分的模型，該模型的評價指標主要包括腫瘤的皮髓期PAC 和RENAL 評分總分，可用于無創、個體化預測CCRCC 的病理分級。腫瘤的皮髓期PAC 和RENAL 評分總分在訓練集（AUC，0.972）和驗證集（AUC，0.995）均表現出良好的鑒別能力。

表1 單因素Logistic 回歸分析

腫瘤大小：研究顯示高級別CCRCC 的腫瘤大小較低級別組略大。據Kunkle 等［6］研究，腎細胞癌的腫瘤大小與轉移密切相關，腫瘤直徑每增加1 cm，轉移的可能性增加22%。腫瘤大小雖然不是腎細胞癌病理分級的獨立預測因子，然而它與病理分級密切相關，腫瘤越大，其侵襲性越強，惡性潛能越高［7］。對于局限于腎臟的CCRCC，腫瘤大小跟預后也存在相關性，腫瘤越大，預后越差，當腫瘤大于7 cm 時，病灶多會累及腎竇、腎周脂肪或伴血管癌栓形成。

表2 預測模型的ROC 曲線下分析結果

圖5 回歸預測模型的ROC 曲線下分析結果

腫瘤囊變、壞死征象：CCRCC 為一種富血供腫瘤，新生毛細血管網極度豐富，故易出現出血、囊變及壞死征象［8］。有研究表明只有凝固性壞死對預后有統計學意義，影像學所示的囊變壞死征象對于預后的預測意義不大，主要是因為肉眼可見的囊變壞死可能由多種原因導致（比如腫瘤內血管癌栓的形成）［9］。大部分研究已證明腫瘤的囊變壞死對于CCRCC 預后有預測意義，但其與腫瘤的TNM 分期與病理分級無關［10-12］。本研究表明腫瘤的囊變在低級別CCRCC 與高級別組無明顯統計學差異，即使腫瘤體積較小時，囊變壞死征象亦常見，這可能時由于本研究只是將囊變分為有或無兩個等級且并未將其與其他征象聯合評分所導致，另外與本研究的高級別CCRCC 患者的數量少可能相關。也有一些研究表明腫瘤的囊變、壞死特征對于分級的預測無特定意義［13］。

腫瘤內鈣化：據Li 等［14］的研究發現鈣化可能與CCRCC 的不良預后相關，25.2%患者腫瘤內出現鈣化。CCRCC 內鈣化與BAP1 突變相關，而BAP1 基因是腫瘤侵襲性的驅動基因［15］，故推測鈣化與CCRCC 病理分級有關。本研究并未發現鈣化對于CCRCC 的病理分級存在價值，可能與研究患者中僅有3 例腫瘤內出現鈣化有關。

腫瘤假包膜征：腎細胞癌通常無明顯的病理組織學包膜特征，隨著腫瘤的生長及對周圍正常腎實質的推壓和缺血壞死，可在腫瘤周圍形成假包膜［16］。假包膜是人體限制腫瘤組織進一步生長及擴散的反應。假包膜多見于腫瘤體積較小或低病理分級腫瘤，且與患者的預后相關，完整的假包膜多見于早期病變，包膜不完整時提示腫瘤發生擴散及轉移的幾率增加［17］。Xi 等［18］研究結果也表明假包膜與患者預后明顯相關。假包膜征在磁共振T1WI 和T2WI 圖像上均表現為腫瘤組織與正常腎實質之間的低信號。Yamashita 等［17］的研究表明T2WI 較CT 增強圖像對于假包膜的顯示更佳。本研究將腫瘤的假包膜特征納入分析，結果顯示增強CT 圖像對于腫瘤假包膜征象顯示欠佳，一小部分患者可觀察到假包膜征象，大部分腫瘤的影像圖像均不能清晰顯示假包膜。

腫瘤CT 增強特征：腫瘤的血管生成和腫瘤的侵襲性密切相關。筆者研究了320 排動態容積CT的增強定量測量值，預測模型顯示皮髓期腫瘤實質的增強CT 變化值（PAC）與CCRCC 的病理分級高度有關，此結果與之前的研究結果相似［19］。高級別腫瘤的侵襲性較低級別增加，血管生成的能力增加，故增強后腫瘤實質的強化程度較低級別腎細胞癌略高。Coy 等［20］研究結果與本研究相矛盾，其結果顯示高級別CCRCC 的強化程度較低級別組略低，其原因是此研究采用整體腫瘤3D ROI測量，而高級別腫瘤的囊變壞死區域普遍多于低級別腫瘤。

WHO/ISUP 分級系統：眾所周知，Fuhrman 分級系統是國內外公認且應用最廣泛的腎細胞癌分級系統［2］。但此分級經常由于評估者的主觀因素導致觀察者內部和觀察者之間的評估不一致，難以完全按照等級所描述的特征標準分為4 級，故本研究中許多病理分級不明確的腫瘤被剔除［21］。2012 年世界衛生組織推薦使用一種新的分級系統，即WHO/ISUP 系統［22］。此分級系統亦將CCRCC 分為4 級，Ⅰ～Ⅲ級的評估基于細胞核的明顯程度，Ⅳ級的評估為腫瘤組織內出現巨細胞、高度極端“多形性”細胞或組織內存在橫紋肌樣或肉瘤樣分化。新的WHO/ISUP 分級系統與傳統Fuhrman 分級系統類似，但在臨床應用中此分級操作性及可重復性比較高。另外新的WHO/ISUP分級系統僅適用于CCRCC 和PRCC，在其他組織病理學類型中的預后作用還未得到驗證。

TNM 分期：腫瘤的TNM 分期是CCRCC 最重要的預后因素，TNM 分期評估主要是基于腫瘤大小、是否累及腎周脂肪組織、腎竇或腎周筋膜、下腔靜脈或腎靜脈是否累及、有無淋巴結或遠處轉移。腫瘤侵犯腎竇已被證明是比腎周脂肪受累更具有侵襲性的腫瘤生物學行為［23］。本研究僅對不同病理分級CCRCC 患者進行研究，未來仍需納入大樣本量的不同TNM 分期患者，評估影像特征與分期及分級的相關性，進一步評估CCRCC 的預后因素。

RENAL 解剖學評分：RENAL 評分是基于腎臟腫瘤的影像解剖學特征對擬行腎臟切除手術的患者進行綜合評估，為臨床應用最廣泛的術前手術難度評估系統［24］。RENAL 解剖學評分對于不同級別CCRCC 的鑒別診斷研究比較少見。本研究顯示此解剖學評分能很好地預測腫瘤的病理分級。結果顯示低級別CCRCC 的RENAL 評分較高級別組較高，高級別組腫瘤的RENAL 評分特征為腫瘤直徑略大（R 評分）、腫瘤多呈部分外生性生長或完全內生性生長（E 評分）、腫瘤最深處距離腎竇的距離多小于4 mm（N 評分）、腫瘤的大部分跨越極線生長或完全位于腎門水平或極線內（L 評分）。而腫瘤位于冠狀面的方位（A 評分）對于高、低級別透明細胞腎細胞癌無明顯統計學差異。

本研究存在一定的局限性：（1）首先患者的數量較少，高級別CCRCC 的訓練集數量僅16 例，且本研究缺少外部驗證，可能會導致模型的預測效能偏高。（2）CT 增強測量值與ROI 的勾畫位置相關，存在很大的主觀性，因此應該開發一種標準化的ROI 測量方法。（3）由于同一患者很少會同時進行CT、MR 掃描，故此研究并未將MR 參數特征納入進來，未來還需要進一步研究MR 的影像特征對于分級的預測。（4）本研究患者的組織病理分級均使用Fuhrman 分級系統，在后續的研究中將引入WHO/ISUP 評分系統進一步評估影像學特征在不同病理分級中鑒別診斷價值。

總之，作為一種無創性的分析方法，腫瘤的RENAL 評分和皮髓期病灶的強化變化值所建立的多變量回歸預測模型有助于預測透明細胞腎細胞癌的病理分級，可為預后預測提供的參考。