双能量CT电子云密度/等效原子系数(Rho/Z)在小肾癌中的应用

李健文， 周长圣， 张龙江， 卢光明

图1 男，58岁，右肾ccRCC的ROI勾画示意图。图2 男，60岁，右肾pRCC的ROI勾画示意图。

随着多层螺旋CT(multi-slice spiral computed tomography,MSCT)的普及和广泛使用[1，2]，早期肾肿瘤的检出日益增多，且大多为局灶性的小肿块(最大径1～4cm)[3]。在成年人的原发性肾脏肿瘤中，肾细胞癌(renal cell carcinoma,RCC)约占80%。肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma，ccRCC)、乳头状肾细胞癌(papillary renal cell carcinoma，pRCC)及嫌色细胞癌(chromophobe renal cell carcinoma，ChRCC)是最常见的RCC病理亚型，分别占RCC的70%～75%、10%～15%及4%～5%[4,5]。ccRCC与pRCC、ChRCC两者的生物学行为、预后大为不同，因此对ccRCC及非透明细胞肾细胞癌(non-clear cell RCC，nccRCC)准确的术前诊断有助于改善患者的临床管理及预后[6-8]。

双能量CT(dual-energy CT，DECT)是近年来逐渐普及并受放射医师认可的一种新兴检查手段，尤其是在腹部影像领域[9-11]。与普通单能量CT相比，DECT能够利用物质对不同能量X线的衰减系数的不同实现物质的分离，如碘元素[9]。DECT中的电子云密度/等效原子系数(electron density/effective atomic number,Rho/Z)是最近投入临床使用的一项崭新的后处理应用，能够定量分析肿瘤的某些特性，从而为临床提供有用的信息[9-11]。目前，Rho/Z在泌尿系统中的应用研究较少，而将Rho/Z应用于小肾癌(最大径1～4cm)分型的研究尚未见报道[12]。本研究旨在探讨DECT增强扫描皮髓质期中，Rho/Z在小肾癌分型中的应用价值。

材料与方法

1.一般资料

回顾性收集2012年1月-2016年10月在我院行DECT增强检查提示肾肿块的患者。纳入标准：①肿块最大径1～4cm，且经病理证实为ccRCC、pRCC或ChRCC；②肿瘤的DECT增强扫描期相包含皮髓质期。最终纳入本研究者87例(平均年龄53岁)，其中男58例(平均年龄53岁)，女29例(平均年龄55岁)。

2.设备与方法

DECT扫描方案：采用德国西门子公司的第一代DECT扫描仪(Somatom Definition，Siemens Healthcare)或第二代DECT扫描仪(Somatom Definition Flash，Siemens Healthcare)。所有患者在行增强扫描前先获取定位像，确定扫描范围，然后利用Lrich双筒高压注射器经患者肘静脉内注射非离子对比剂碘佛醇或碘帕醇60 mL(300 mg I/mL)，注射流率4 mL/s。延迟时间使用人工智能触发扫描系统确定，将兴趣区(region of interest,ROI)放置在腹主动脉，当CT值达到100 HU 7 s后开始触发扫描。DECT扫描参数如下[13]：①第一代DECT扫描仪：A、B球管管电压分别为l40、80 kV，参考管电流时间乘积分别为86、468 mAs，球管旋转时间为0.5 s，螺距为0.8，重建厚度及间隔分别0.75及0.7 mm；②第二代DECT扫描仪：A、B球管管电压分别为Snl40、100 kV，参考管电流时间乘积分别为210、162 mAs，球管旋转时间为0.5 s，螺距为0.9，重建厚度及间隔分别0.75及0.7 mm。

图像后处理:将所有患者的DECT数据导入西门子后处理工作站并选取皮髓质期图像进行图像分析。手动选取Rho/Z应用，自动生成伪彩图。由一名放射医师(具有2年泌尿系统影像诊断经验)对肿瘤影像进行分析及测量，且该名医师在测量前不知晓肿瘤的病理结果。在肿瘤中选取3个强化程度最高的区域，并在对应区域放置3个圆形或卵圆形ROI，尽量避开囊变、出血及坏死区域(图1～2)。所有勾画的ROI自动显示病变的Z、Rho和双能量指数(dual energy index，DEI)。计算并记录3个ROI的平均Z值(Zmean)、Rho值(Rhomean)和DEI值(DEImean)。

3.统计学方法

应用SPSS(IBM SPSS,version 22)软件和MedCalc Statistical Software version 15.2.2 软件对所有数据进行统计学分析。符合正态分布的计量资料采用均数±标准差表示，不符合正态分布的计量资料采用中位数(25%～75%)表示。采用t检验或非参数秩和检验进行两组间计量资料的比较，采用卡方检验进行两组间分类资料的比较。采用约登指数(敏感性+差异性-1)对具有统计学差异的参数进行受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析，使用约登指数的最大值作为准则选择最佳阈值，且基于最佳阈值计算其正确率、敏感性、特异性及曲线下面积(area under the curve，AUC)，然后再联合具有统计学差异的参数作ROC曲线分析，同时计算上述效能诊断参数。采用DeLong法比较参数模型间的差异[14]。P<0.05认为差异具有统计学意义。

图3 Zmean鉴别ccRCC和nccRCC的ROC曲线。图4 DEImean鉴别ccRCC和nccRCC的ROC曲线。

结 果

1.病例基本信息

本研究纳入ccRCC 70例(ccRCC组)，nccRCC 17例(nccRCC组，其中pRCC 10例，ChRCC 7例)，两组的基本信息见表1。

表1 ccRCC和nccRCC的基本信息及DECT参数比较

2.DECT参数

ccRCC组和nccRCC组的DECT参数(Zmean、DEImean和Rhomean)见表1。Zmean和DEImean在两组间的差异均具有统计学意义(P均<0.001),而Rhomean在两组间的差异无统计学意义(P=0.141)。

3.ROC曲线分析

采用ROC曲线对Zmean和DEImean在ccRCC和nccRCC的组间鉴别效能进行分析，结果显示Zmean的AUC为0.955，95%置信区间(0.887，0.988)，且当诊断阈值为9.69时，敏感性和特异性之和达到最大，总体正确率为88.5%(77/87)，其中敏感度为94.1%(16/17)，95%置信区间(0.713，0.999)；特异度为87.1%(61/70)，95%置信区间(0.770，0.939)(图3)。DEImean的AUC为0.953，95%置信区间(0.885，0.987)，且当诊断阈值为0.044时，敏感性和特异性之和达到最大，总体正确率为83.9%(73/87)，其中敏感度为100%(17/17)，95%置信区间(0.805，1.000)；特异度为80%(56/70)，95%置信区间(0.687，0.886)(图4)。Zmean和DEImean联合诊断的AUC为0.965，95%置信区间(0.901，0.992)，总体正确率为88.5%(77/87)，其中敏感度为94.1%(16/17)，95%置信区间(0.713，0.999)；特异度为87.1%(61/70)，95%置信区间(0.77，0.939)(表2)。Zmean和DEImean，Zmean和DEImean+Zmean，DEImean+Zmean和DEImean的ROC曲线间均不具有统计学差异(P=0.92，0.2，0.34)。

表2 各参数鉴别ccRCC和nccRCC的ROC曲线效能

讨 论

本研究发现，DECT的Rho/Z应用中的参数Z及DEI有助于小肾癌中的ccRCC及nccRCC的亚型鉴别，其准确率分别为88.5%及83.9%。

目前DECT在肾脏肿瘤中的应用多聚焦在碘图上，而对于其它应用参数的探索较少[15，16]。Rho/Z是近年来DECT后处理技术上的一个突破，它能够使拥有高原子序数的物质(如碘和结石等)在CT图上清晰的显示出来。Rho/Z提供的3个参数具有不同的含义。等效原子序数Z代表物质中原子核中的质子数，而确定了Z就确定了某种物质，因此对于ROI中的一些物质，Z能提供某些有用的相关信息[12,17]。电子云密度Rho代表一个单位体积内电子的数量[17]。DEI代表某种物质的X线衰减系数在两种不同光自能下的差异，不同物质的DEI不同，其反映的是物质间的差异，如碘的DEI比软组织的DEI高[17]。由于ROI中的每一个体素均由多种元素构成，而每个体素的组成元素成分又不一样，因此每个ROI的Z、Rho和DEI均代表ROI内的不同体素的加权平均结果[17]。

本研究结果显示，Z和DEI均能有效地对小肾癌中的ccRCC和nccRCC进行区分。首先，ccRCC内部肿瘤血管较nccRCC丰富，故增强扫描皮髓质期时，ccRCC因其“快进快出”的强化特点其强化程度达到最大，肿瘤内碘对比剂多，而nccRCC的肿瘤血管较少，所以强化相对不明显，肿瘤内碘对比剂少；由于碘的Z和DEI均明显比肿瘤内软组织高，因此Z和DEI在ccRCC和nccRCC间具有统计学差异[18-20]。另一方面，对比直接测量CT值，Z和DEI或许是对肿瘤内碘量更为直接的测量方式，因此富血供的ccRCC和相对乏血供的nccRCC在增强扫描皮髓质期的含碘量差异可由Z和DEI充分的表达。本研究中的Rho在小肾癌中的ccRCC和nccRCC间不具有统计学差异(P=0.141)，这可能是因为Rho受软组织的影响较碘大，因此在增强扫描皮髓质期，Rho在两组间无统计学差异。Mileto等[12]发现Z有助于鉴别增强扫描肾实质期的无强化肾囊肿和强化肿块，而本研究发现Z和DEI有助于将小肾癌中的ccRCC和nccRCC鉴别开来，因此，DECT的Rho/Z在肾肿瘤中具有较为广泛的应用前景。

传统三期增强CT诊断ccRCC和nccRCC的总体正确率约为74.5%～79.9%，而DECT的Rho/Z中的参数的诊断效能要优于传统三期增强CT[21]。本研究的结果显示，尽管Z和DEI的联合诊断的AUC较单独的Z或DEI有所提高，但其特异性和敏感性较单独的参数并没有明显提高，分析原因可能是Z和DEI各自的诊断效能已相对较高，因此两者联合并不能显著提高诊断效能。本研究存在以下不足。首先，尽管本研究的ccRCC和nccRCC的比例(4.1：1)符合流行病学，但两者比例不均衡可能会造成诊断结果偏向ccRCC；其次，本研究只在增强扫描皮髓质期上开展[22]，未纳入临床上常用的期相——肾实质期，可能会漏掉小肾癌在肾实质期上的一些特征[3]；最后，由于样本量的关系，本研究没有设定验证组对结果进行外部检验，这需要在以后的研究中进一步改善。

综上所述，双能量CT的Rho/Z应用中的参数Z和DEI在增强扫描皮髓质期可为临床提供有用信息，有助于治疗前小肾癌中ccRCC和nccRCC两种亚型的有效鉴别。