表观扩散系数直方图对肾透明细胞癌病理分级的诊断价值

张宇馨 韩福刚

作者单位：646400 泸州 西南医科大学附属医院放射科

肾细胞癌（renal cell carcinoma，RCC）在肾恶性肿瘤中占80%～90%［1］，而肾透明细胞癌（clear cell renal cell carcinoma，CCRCC）是肾细胞癌中最常见的组织学类型，约占RCC的75%［2］。目前，肾细胞癌的治疗方案主要以手术切除为主，此外还有射频消融、辅助化疗或靶向治疗等［3-4］。其治疗策略的制定以及预后的判断主要依据肾癌的病理分级。FUHRMAN等［5］依据细胞核和核仁的形态对肾细胞癌进行了系统性分级，研究表明病理级别越高术后复发率和不良预后的风险越大［6-7］。近年来，磁共振扩散加权成像（diffusionweighted imaging，DWI）在肾脏肿瘤术前良恶性鉴别、病理亚型区分等方面有着广泛的应用［8-10］。基于全瘤体积的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）直方图能够反映整体ADC值的分布特征，其结果具有较高的可重复性以及客观性，在肾脏肿瘤的影像学诊断上亦有着相应的研究［10-11］。本研究旨在探讨ADC直方图各参数在鉴别低级别、高级别CCRCC中的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

回顾性分析我院2016年6月至2018年6月收治的CCRCC患者的临床资料。纳入标准：⑴术前行常规磁共振以及DWI扫描；⑵术后病理证实为CCRCC；⑶磁共振扫描前未行手术、射频消融等治疗。排除标准：⑴磁共振扫描与患者手术间隔超过2周；⑵图像质量欠佳或资料不齐全；⑶合并其他恶性肿瘤或远处转移者。共34例CCRCC患者符合标准纳入研究，男性21例，女性 13 例；年龄（52.1±8.0）岁；病灶短径为（2.9±0.7）cm。依据FUHRMAN分级标准［5］，将CCRCC分为低级别组（玉～Ⅱ级）19例和高级别组（Ⅲ～Ⅳ级）15例。

1.2 磁共振扫描

采用飞利浦Achieva 3.0 T磁共振扫描仪进行磁共振扫描。患者取仰卧位，足先进。扫描序列：常规冠状位T2WI、轴位T1WI和T2WI以及DWI。轴位呼吸门控 DWI参数：TR 5 000 ms，TE 55.2 ms，层厚 5～6mm，层间距1mm，矩阵128×128，视野（FOV）36cm×36 cm，激励次数（NEX）2 次，b 值取 0 s/mm2、600 s/mm2。

1.3 图像处理及数据分析

将扫描后的原始图像从系统配套的后处理工作站导出，采用Image J软件对ADC图像进行全容积直方图分析。参照常规磁共振图像，在ADC图上沿瘤灶边缘手动逐层勾画感兴趣区域（region of interest，ROI），并覆盖整个瘤灶所有层面。建立ADC直方图，ADC直方图的X轴表示ADC值，Y轴表示肿瘤的总像素频数百分比；记录ADC直方图各定量参数，包括ADC的最大值、最小值、平均值、中位数、偏度值、峰度值。以上操作均由2名高年资影像科医师独立进行，取2位医师测量结果的平均值作为最终ADC值。

1.4 统计学分析

采用SPSS 19.0进行统计学分析。通过Shapiro-Wilk检验对计量资料进行正态性分布检验。服从正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）表示，组间比较采用独立样本t检验；偏态分布的计量资料以中位数（四分位数间距）表示，组间比较采用Mannnwhitney U检验。采用受试者工作特征（receiver operating character-istic，ROC）曲线分析ADC直方图各参数值鉴别低、高级别 CCRCC的效能，计算ROC曲线下面积（area under curve，AUC）、最佳诊断阈值、Youden 指数以及相应的敏感度、特异度。以双侧P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 低级别、高级别CCRCC的ADC直方图表现

低级别、高级别CCRCC的MRI（T2WI）图像、ADC图以及ADC直方图（图1～2）。低级别组ADC直方图最小值、平均值、中位数均高于高级别组，差异有统计学意义（P＜0.05），且以负偏态分布为主；两组ADC的最大值、峰值比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 低级别、高级别CCRCC的ADC直方图各参数比较Tab.1 Comparison of ADC histogram parameters of low and high grade in CCRCC

图1 低级别CCRCC的ADC直方图Fig.1 ADC histogram of low grade CCRCC

图2 高级别CCRCC的ADC直方图Fig.2 ADC histogram of high grade CCRCC

2.2 ADC直方图各参数鉴别低、高级别CCRCC的效能

在ADC直方图各参数值中，以ADC最小值对低级别、高级别CCRCC的鉴别诊断效能最高，其最佳诊断阈值为 0.898×10-3mm2/s，对应的 AUC 为 0.895，Youden指数为0.761，敏感度为86.67%、特异度为89.47%。见表 2、图 3。

表2 ADC直方图各参数鉴别低级别、高级别CCRCC的效能Tab.2 Efficiency of ADC histogram parameters in identifying low and high grade CCRCC

图3 ADC直方图鉴别高低级别CCRCC的诊断效能Fig.3 Efficiency of ADC histogram for identifying low and high grade CCRCC

3 讨论

DWI能反映活体水分子的扩散运动状况，并通过ADC值对其进行定量分析。活体水分子的扩散状况主要取决于水分子所处的微环境变化，包括细胞间致密性、各种大分子物质的渗出或细胞膜构造的改变等。病理状态下水分子微环境可发生变化，水分子的扩散特性也随之改变，当肿瘤病理级别较高时，癌细胞排列更致密，导致水分子扩散受限更显著，表现为ADC值降低［12-16］。近年来，多项研究表明ADC值与颅内胶质瘤［12］、直肠癌［13］、乳腺癌［14］、前列腺癌［15］以及肾癌等［16］恶性肿瘤的病理分级有一定相关性，多表现为随肿瘤病理级别升高或分化程度下降，ADC值降低。

由于肿瘤组织固有的异质性，导致肿瘤病理成分不单一，而这种异质性随着肿瘤级别的升高表现更突出，因此单层面的ADC值难以反映整体瘤灶的病理学特性，易造成诊断信息部分缺失。此外，ADC值的数值大小很大程度上取决于ROI的选取，尤其较小体素面积的ROI，测量数值偏倚的可能性越大，而选取的ROI信息分布不均匀，可能获得错误、片面的数据，难以全面评价病变。ADC直方图能对整个瘤灶的ADC值进行全容积分析，描述整个瘤灶水分子扩散受限情况，具有更高的客观性及可重复性，更能反映肿瘤的整体状况［10-11］。近年来，ADC直方图在直肠癌［17］、前列腺癌［18］等肿瘤分级相关性研究中获得了很好的应用，亦被用于多项肾脏肿瘤研究［10-11，19-21］。然而，ADC直方图应用于肾细胞癌病理分级的研究却鲜有文献报道。

本研究结果显示，低级别CCRCC的ADC直方图最小值、平均值、中位数均高于高级别CCRCC，与肿瘤病理级别升高，造成细胞致密性增大，水分子受限更明显的病理生理学机制相符。沈丽娟等［16］研究亦指出，取不同b值时，高级别肾细胞癌的ADC值均低于低级别，与本研究结果相似。此外，本研究还发现，低级别CCRCC的ADC直方图以负偏态分布为主，而高级别CCRCC则以正偏态分布为主，提示高级别CCRCC与低级别CCRCC相比，有更多的体素ADC值低于平均值，进一步验证了高级别CCRCC由于细胞致密度更大、核质比更高，造成了水分子扩散受限较低级别CCRCC更显著，导致ADC体素值在ADC直方图中多集中接近于曲线左侧。最大值和峰度值在低级别、高级别CCRCC中无统计学差异，这与肿瘤的异质性密切相关：一方面，不论是低级别、高级别CCRCC，其病灶内不一定全部是肿瘤组织，还存在间质组织或正常的肾脏组织等，而ADC最大值是对这些水分子受限不显著组织的反映，故而造成低级别、高级别CCRCC的ADC最大值重叠过多，差异无统计学意义（P＞0.05）。另一方面，峰度值是对数据集陡峭或扁平程度的反映，由于低级别、高级别CCRCC肿瘤的异质性，体素ADC值分布不均匀，因此两者ADC的峰度值亦无差异。

在进一步的诊断效能分析中，本研究结果显示，ADC最小值在所有的直方图参数值中，鉴别低级别、高级别CCRCC的效能最优。分析原因可能是ADC最小值能够反映活体水分子的“扩散最受限”位置，而这些位置主要是肿瘤细胞最集中的区域，故能有效排除其他组织成分的混杂干扰，增加了ADC值的可比性。鱼汀等［18］亦指出ADC最小值对前列腺癌病理级别的诊断效能最优。

综上所述，本研究结果发现ADC直方图最小值、平均值、中位数、偏度值与肾透明细胞癌病理分级密切相关，且ADC最小值鉴别低级别、高级别CCRCC效能最优，可为临床提供客观、定量的参考依据。但本研究属于回顾性研究，病例的选取可能存在选择偏倚，且纳入的病例数较少，因此相关结论有待进一步研究证实。