平扫最佳单能量CT值直方图分析对肾乏脂性错构瘤与透明细胞癌的鉴别价值

徐明哲， 刘爱连， 陈安良， 李烨， 郭妍

肾血管平滑肌脂肪瘤(renalangiomyolipoma，RAML)是肾脏最常见的良性肿瘤之一，由成熟脂肪组织、厚壁血管和平滑肌组成，占肾脏肿瘤的3.9%，绝大部分肿瘤实质内含有肉眼可见的脂肪密度为其特异性CT表现，然而，当肿瘤内脂肪含量较少而血管、平滑肌成分较多时，影像表现不典型，CT及MR技术很难测定脂肪成分，很容易误诊为肾癌[1-3]。肾癌是肾脏最常见的恶性肿瘤，其中又以肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma，ccRCC)最为多见。在临床处理方案方面，RAML一般无需手术，仅当体积较大、合并出血、恶化者需手术切除，手术方式尽量采用保留肾单位手术[4-5]；而ccRCC应及时发现、及时手术处理。鉴于RAML与ccRCC具有截然不同的处理方式，提高术前对两者的鉴别诊断水平具有重要价值。

材料与方法

1.研究对象

回顾性搜集2012年1月-2016年12月于本院行肾脏能谱CT平扫及动态增强扫描、手术病理证实为肾乏脂性错构瘤(minimal fat angiomyolipoma，MFAML)与ccRCC的34例患者的病例资料，共42个病灶，MFAML 23个，ccRCC 19个，其中男19例，女15例，年龄34～81岁，平均(56.8±14.5)岁。纳入标准：①肿瘤直径1～5 cm；②MFAML内不含大片状脂肪密度(肿瘤内脂肪密度区直径<0.5 cm)；③ccRCC内无明显出血、坏死灶。排除标准：CT三期增强图像显示肿瘤内见明显囊变、坏死、出血区(直径>1 cm)。

2.CT扫描方法及参数

采用GE Discovery HD 750单源双能CT机，行上腹部平扫和三期动态增强。扫描参数：能谱扫描成像模式(gemstone spectral imaging，GSI)，螺距1.375，转速0.8 s/r，探测器宽度4 cm，管电压为高、低能量(140、80 kVp)瞬时(0.5 ms)切换，管电流375 mA，生成层厚、层间距为5 mm的40～140 keV单能量图像。

3.图像分析与测量

利用ADW4.6工作站后处理获得40～140 keV(以10 keV为间隔，共11个单能量)单能量图像，由两位影像诊断医师(CT读片经验分别3年、10年)采用双盲法进行图像测量。于肿瘤的最大层面放置圆形或类圆形兴趣区(region of interest，ROI)，避开血管、出血、坏死囊变区，尽可能包含肿瘤实质成分，ROI大小约为1/2～2/3肿瘤面积(肿瘤最大层面)，测量MFAML及ccRCC平扫40～140 keV各单能量CT值。经过统计得到平扫鉴别两种肿瘤的最佳单能量CT值后，将DICOM格式的平扫鉴别最佳单能量CT图像导入GE Omni-Kinetics 软件，在肿瘤每个层面根据肿瘤轮廓放置ROI，经软件拟合数据后进行直方图分析(图1、2)。

4.统计学分析

采用SPSS 22.0进行统计学分析。采用组内相关系数(ICC)分析两观察者测量结果一致性，如一致性良好，采用两者平均值进行比较。采用Mann-Whitney U检验比较MFAML及ccRCC各单能量CT值的差异，根据差异有统计学意义所对应的单能量CT值绘制受试者操作特征曲线(ROC)，计算曲线下面积(AUC)，AUC最大时CT值即为鉴别两种肿瘤的最佳单能量CT值。使用Mann-Whitney U检验对Omni-Kinetics 软件得出的直方图主要参数偏度、峰度、熵值进行比较，并对有统计学意义的参数进行ROC曲线分析其诊断效能、敏感度、特异度、诊断阈值。

结 果

1.两名观察者数据一致性检验

两名观察者对各参数测量值的一致性均良好(ICC值均>0.75)，见表1。采用两者数据均值行后续统计学比较。

图1 女，56岁，左肾MFAML。a) 50 keV单能量CT值为53.46 HU； b) 在Omni-Kinetics软件中根据MFAML肿瘤轮廓在各个层面划ROI，通过拟合得到直方图各参数； c) MFAML的直方图，偏度为-0.17，峰度为3.9159，熵为0.02。 图2 男，67岁，左肾ccRCC。a) 50 keV单能量CT值为44.38 HU； b) Omni-Kinetics软件中根据ccRCC肿瘤轮廓在各个层面划ROI，通过拟合得到直方图各参数； c) ccRCC的直方图，偏度为0.05，峰度为3.02，熵为0.50。

图3 偏度、峰度诊断ccRCC排除MFAML的ROC曲线。

表1 两组平扫40～140keV各单能量CT值的ICC结果

2.MFAML及ccRCC平扫各单能量CT值比较

MFAML及ccRCC平扫40～140 keV各单能量CT值及其鉴别诊断效果见表2。

表2 两组40～140 keV各单能量的CT值、Mann-Whitney U检验

MFAML及ccRCC在平扫50 keV、60 keV、80 keV的CT值的差异有统计学意义(P<0.05)，ROC曲线下面积分别为0.698、0.693、0.689。其中，当单能量为50 keV时，此时鉴别MFAML及ccRCC的CT值的诊断效能最大，其AUC为0.698，因此，50 keV CT值为两者鉴别的最佳单能量CT值。

3.MFAML及ccRCC平扫50 keV CT值的直方图参数比较

MFAML及ccRCC平扫50 keV CT值的直方图参数比较结果见表3。平扫50 keV CT值的偏度、峰度在MFAML和ccRCC间差异均有统计学意义(P<0.05)，MFAML和ccRCC的熵值差异无统计学意义(P>0.05)。

表3 MFAML及ccRCC平扫50 keV CT值的直方图参数比较

4.偏度和峰度鉴别MFAML及ccRCC的诊断效能

偏度和峰度鉴别MFAML及ccRCC的ROC曲线见图3。以偏度鉴别MFAML和ccRCC的AUC大于以峰度鉴别两者。

5.平扫50 keV的 CT值及其偏度和峰度鉴别MFAML及ccRCC的诊断效能比较

表4 鉴别MFAML及ccRCC的诊断效能

直方图分析技术所得参数偏度及峰度值较平扫50 keV CT值具有更高的诊断效能，并且以偏度及峰度值鉴别两者的阈值分别为-0.12和3.42。

讨 论

目前，多层螺旋CT动态增强扫描是检出和诊断肾脏肿瘤的最主要的方法之一，RAML为肾脏最常见的良性肿瘤之一，以中青年女性多见，典型RAML因其内特征性低密度脂肪成分较容易检出和诊断，而MFAML缺乏肉眼可见的脂肪成分，在CT增强扫描图像中皮质期及髓质期有较明显的强化，排泄期对比剂退出；ccRCC是肾脏最常见的肾脏恶性原发性肿瘤，约占肾脏恶性肿瘤的85%～90%[6]，ccRCC在CT增强扫描中呈对比剂“快进快出”表现；因此，MFAML与ccRCC在CT增强三期具有相似的影像学表现，当肿瘤体积较小时，两者的鉴别诊断更为困难[7]。同时，有关学者对MFAML和ccRCC的三期动态增强CT值变化进行量化分析，研究结果显示MFAML与ccRCC的CT值在皮质期、延迟期、排泄期差异无统计学意义[8-9]。综上，利用常规CT平扫及三期增强扫描不能较有效地鉴别两者，并且增强扫描可能带来对比剂所致的肾脏损害和过敏风险。MRI能更清晰的显示囊变、坏死区，使用正反相位序列可显示脂肪成分，但检查昂贵、成像速度慢、有较多检查禁忌限制其在临床的广泛普及。因此，寻找一种安全、简便、有效的方法及时鉴别两者尤为重要。

单源双能CT能谱成像技术在1个旋转周期内通过高低两种能量(140 kVp和80 kVp)高速瞬时切换同时采样，生成40～140 keV下任一keV的101个单能量图像[10-11]，单能量图像是指处于某一能量水平的X线穿过物质后产生的衰减图像。低能量水平的X线穿透力低，图像上组织的对比增强；高能量水平的X线穿透力高，但组织的对比减弱[12]，因此选择合适的能量水平对提高单能量图像上病灶的显示很重要。由于不同物质对不同能量X线的吸收特征不同，因此，利用合适的单能量图像可以加大不同物质间的对比，反映出不同病灶间的CT值差异，从而解释了本研究中在平扫50 keV、60 keV、80 keV时MFAML及ccRCC的CT值差异有统计学意义。而本研究中于平扫40 keV、70 keV、90 keV时MFAML及ccRCC的CT值差异无统计学意义，其原因可能是虽然MFAML及ccRCC在40～140 keV各单能量CT值呈递减趋势，但递减的程度不同，40 keV时两者的CT值接近，70 keV时两者的能谱曲线出现交叉，90 keV时两者的能谱曲线均趋于平直且CT值接近。

由于物质在不同能量水平的衰减不同，在某一能量水平两种病灶之间的衰减差异可以达到最大，这一能量水平就是鉴别两病灶的最佳keV值[13-14]。本研究使用能谱CT平扫最佳单能量成像，可以获得单能量CT图像鉴别FAML与ccRCC两类肿瘤的诊断效能达到最大对应的keV值，即50 keV的单能量图像能够最容易鉴别两者，AUC为0.698。

在肿瘤区区域性地放置ROI，通过分析此区域内的CT值来量化分析此肿瘤的影像学特征，其实质为根据ROI区域内的平均单能量CT值来鉴别MFAML与ccRCC，这种区域性放置ROI的方法具有一定的局限性[15-17]：不同观察者对同一肿瘤测量放置ROI位置的交叠会导致观察者间的变异性，不恰当地放置ROI(例如ROI内含有出血、坏死、囊变组织)可能无法准确反映肿瘤的真正特性，并且不能反映ROI区域内CT值差异等更多的信息。为避免以上局限性，直方图分析方法已被证明是一个很有前景、有效的工具，它已应用于不同级别的脑肿瘤和不同亚型肾细胞癌的鉴别等[18-19]。本研究旨在评估结合全肿瘤直方图分析技术及平扫最佳单能量CT值对鉴别MFAML与ccRCC的价值，为两者的鉴别提供更准确的信息。

偏度值的正负反映直方图的不对称性，当数据大部分集中在直方图的左侧时，偏度值为正值；当数据大部分集中在直方图的右侧时，偏度值为负值[20]。本研究结果显示，ccRCC的平扫最佳单能量(50 keV)CT值的偏度高于MFAML，说明ccRCC的CT值更具有不对称性。峰度反映参数值的分布集中情况，峰度值越高代表参数值分布越集中，反之，分布越分散[21]。本研究结果示MFAML的平扫最佳单能量(50 keV)CT值的峰度高于ccRCC，说明ccRCC的CT值分布越分散，这意味着ccRCC的CT值可能在整个肿瘤体积内不同区域之间变化很大。偏度及峰度均为反映组织的异质性、复杂性的指标[21-22]，分析本研究结果的原因可能是ccRCC为恶性肿瘤，异质性为恶性肿瘤的重要特点之一[23]，细胞内存在核分裂现象，瘤内结构和癌组织各种成分的异质性更大；并且ccRCC瘤内常伴有出血、坏死、囊变等改变[24]。

本研究分析偏度和峰度鉴别FAML与ccRCC的诊断效能较高(AUC均大于0.75)，其中应用偏度值诊断ccRCC排除MFAML的诊断效能最高，且具有很高的敏感度(94.7%)；应用峰度值诊断MFAML排除ccRCC的特异度达到100%。

本研究的不足之处：本研究分析了40～140 keV间(以10 keV为间隔)共11个单能量CT值，未能分析40～140 keV间的共101个单能量CT值，因此，更准确的最佳单能量可能在50 keV左右。其次，本研究所得结果差异有统计学意义，但病例数尚较小，有待进一步较大样本的研究，以得出更为可信的评价结果。

综上所述，利用平扫最佳单能量图像使MFAML与ccRCC的CT值达到最大差异，而后结合直方图分析，利用偏度和峰度鉴别MFAML与ccRCC能进一步提高诊断效能，为鉴别两者提供了一种安全可行的量化方法，具有很好的研究及临床应用前景。