单源双能CT 能谱曲线鉴别不同病理级别膀胱尿路上皮癌的价值

杨伟萍 刘爱连 陈丽华 王楠 田士峰 刘义军 陶奉明 王学东 王欢熙 李剑颖

膀胱癌是泌尿系统最为常见的恶性肿瘤， 其发病率呈逐年上升趋势，其中90%以上病理类型为膀胱尿路上皮癌 （urothelial carcinoma of the bladder，UCB）， 依据组织成分和分化程度不同分为高级别UCB（high-grade UCB，HGUCB）和低级别UCB（lowgrade UCB，LGUCB）[1-3]。肿瘤的临床分期及病理分级是为膀胱癌病人制定个体化治疗方案的主要依据[4]，常规CT 结合多种后处理技术已广泛应用于膀胱癌的检查及分期[5-6]，但在术前评估病理分级方面却鲜有报道[7]。单源双能CT 能谱成像能提供多参数，其中，能谱曲线可反映组织在不同能量下的CT值及其变化趋势， 不同组织的能谱曲线特征不同。本文旨在探讨单源双能CT 能谱成像曲线特征鉴别不同病理级别UCB 的价值，以期为临床提供简便直观的辅助诊断方法。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2011 年7 月—2018 年1 月于大连医科大学附属第一医院经手术病理证实且术前行盆腔单源双能CT 能谱成像检查的55 例单发UCB 病人资料， 其中男47 例， 女8 例， 年龄47～97 岁，中位年龄72 岁。依据病理诊断结果分为HGUCB 组和LGUCB 组。HGUCB 组：32 例，其中男27 例、女5 例，年龄47～97 岁，平均（72±12）岁；LGUCB：23 例，其中男20 例、女3 例，年龄50～88岁，平均（68±11）岁。2 组病人年龄（t=1.004，P=0.301）、性别（χ2=0.072，P=0.798）差异均无统计学意义。纳入标准：①经手术病理证实的原发性UCB，临床病理资料详实；②单发结节状病灶，直径1.0～4.0 cm。排除标准：①UCB 伴鳞癌、腺癌或其他病理类型分化；②病灶多发或术后复发；③影像伪影明显， 影响数据测量；④膀胱充盈不良，病灶显示不清。

1.2 设备与方法 采用GE Discovery CT 750 HD 单源双能CT 设备，使用能谱扫描模式（gemstone spectral imaging，GSI） 扫描。扫描前2 h 嘱病人饮清水500～1 000 mL 适度充盈膀胱。扫描参数：管电压为80 kV 和140 kV 瞬时切换（0．5 ms），自动管电流，管球转速0.8 s/r，螺距1.375 mm，重建层厚及层间距均为1.25 mm。病人于仰卧位获取定位像后，先行盆腔平扫（扫描范围自双侧髂前上棘连线水平至耻骨联合下缘），后行3 期动态增强扫描。对比剂采用碘海醇（含碘350 mg/mL），使用双筒高压注射器经肘静脉注射，注射流率4.5 mL/s，注射剂量85 mL，分别在注射对比剂后30、60、150 s 行动脉期、静脉期、平衡期3 期扫描。

1.3 数据测量 将平扫及动、 静脉期数据传至GE AW 4.6 工作站，由2 位分别有5 年和7 年盆腔影像诊断经验的放射科医师（观察者A、B）在不知病理结果的前提下，于平扫影像选择病灶最大层面放置类圆形兴趣区（ROI），生成单能量影像及能谱曲线，并计算能谱曲线斜率[K=（CT 值140keV-CT 值40keV）/100]，ROI 大小尽量覆盖病灶全层，避开坏死及钙化区域，增强动、 静脉期选择病灶强化均匀的实性部分放置类圆形ROI（参照平扫影像），各期ROI 大小、位置、层面尽量保持一致。

1.4 病理分级标准 根据2004 年WHO 膀胱尿路上皮癌病理分级标准[8]，膀胱浸润性高级别尿路上皮癌和膀胱非浸润性高级别尿路上皮癌为HGUCB；膀胱低级别尿路上皮癌和膀胱低级别乳头状尿路上皮癌为LGUCB。

1.5 统计学处理 采用SPSS 23.0 统计软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料以均数±标准差（）表示。采用组内相关系数（ICC）评价2 名观察者测得数据结果的一致性（ICC<0.4 为一致性差，0.40.75 为一致性良好），若一致性良好，以高年资医师获得的数据进行统计分析。采用独立样本t 检验分别比较平扫及动、静脉期2 组病灶间各参数的差异，P<0.05 为差异有统计学意义。采用受试者操作特征（ROC）曲线分析差异有统计学意义参数的诊断效能，计算ROC 曲线下面积（AUC）及95%置信区间（CI），根据最大约登指数确定鉴别2 组病灶的敏感度和特异度。

2 结果

2.1 2 名观察者测量2 组各单能量CT 值的一致性 平扫和动、静脉期中2 名观察者测量高低级别病灶的各单能量CT 值的一致性均良好（均ICC>0.75），见表1~3。

2.2 2 组各单能量CT 值及K 值比较 动脉期HGUCB组40~100 keV 单能量CT 值均高于LGUCB 组 （均P<0.05）， 平扫及静脉期2 组病灶40~140 keV 各单能量CT 值以及动脉期110~140 keV 单能量CT 值差异均无统计学意义（均P>0.05）。动脉期HGUCB组的K 值高于LGUCB 组（P<0.05），2 组平扫及静脉期的K 值差异均无统计学意义（均P>0.05）。详见表4~6 和图1。

表1 2 名观察者测量2 组于平扫中各单能量CT 值及一致性HU

表2 2 名观察者测量2 组于动脉期中各单能量CT 值及一致性HU

表4 2 组于平扫中各单能量CT 值及K 值比较

表5 2 组于动脉期中各单能量CT 值及K 值比较

表6 2 组于静脉期中各单能量CT 值及K 值比较

2.3 诊断效能评估 动脉期K 值诊断高低级别UCB 的AUC 为0.754（95%CI：0.625~0.883），敏感度为60.9%，特异度为84.4%，最大约登指数为0.421；动脉期单能量CT 值中，40 keV 诊断高低级别UCB的效能最大（详见表7）。动脉期诊断高低级别UCB有统计学差异的单能量CT 参数的ROC 曲线见图2。

3 讨论

UCB 是膀胱癌最常见的病理类型，典型症状为无痛性肉眼血尿，UCB 复发和进展的风险与其病理分级密切相关，HGUCB 的复发率和分期进展率均高于LGUCB[3]。不同病理分级的UCB 治疗方案也存在差异[9-11]。

图1 UCB 单源双能CT 动脉期影像及其能谱曲线。A 图HGUCB 病人，男，80 岁。肿块位于膀胱后壁；B 图为能谱曲线（黄色），斜率为-1.892。C 图LGUCB 病人，女，72 岁。肿块位于左后壁；D 图为能谱曲线（黄色），斜率为-0.935。红色曲线表示病灶同层面肌肉。

表7 不同单能量CT 值在动脉期鉴别高低级别UCB 的诊断效能

图2 动脉期诊断HGUCB 差异有统计学意义的单能量参数及K 值的ROC 曲线

一些研究[5，12-13]表明常规CT 结合多种后处理技术对膀胱癌的检出及临床分期具有一定价值，CT 平扫结合薄层动态增强扫描诊断膀胱癌术前分期的准确度达80%以上，但鲜有术前评估膀胱癌病理分级方面的报道。刘等[14]报道了基于CT 平扫影像的纹理分析预测膀胱癌病理级别的准确度达83.02%。尽管影像组学在探究膀胱癌病理分级的研究已有了初步成果，但影像组学特征及筛选受机器平台、扫描参数等影响，且自动分割算法的精确度难以保证，人工分割耗费时力，使其临床应用受限[15]。目前，术前判断膀胱癌病理分级的重要手段仍是膀胱镜活检，但易引起尿道损伤和尿路感染， 且诊断结果受取材部位及取材深浅程度的影响，存在较高的误判率[16]。常规CT 评价物质组成只有一个密度参数， 对于起源相同、 生物学行为极为相似的同种疾病的不同病理级别难以鉴别。

能谱成像是利用不同能量的X 线得到一系列相应单能量水平的CT 影像，而能谱曲线是CT 值随X 线能量变化的曲线， 每种物质都有其特定的能谱曲线斜率。既往国内外研究[17-18]已经证实了能谱曲线斜率可用于术前评估食管癌病理分级， 尚无对尿路上皮癌术前病理分级方面的探讨。本组研究中，高、低级别UCB 在增强动脉期的能谱曲线特征显示出明显差异，主要表现在低能量段（40~80 keV）水平下病灶对X 线的衰减程度，以及所生成的能谱曲线斜率不同，HGUCB 在动脉期该能量段的CT 值及能谱曲线斜率均高于LGUCB（图1），与文献[17]相符。这是由于在单能量水平下，动脉期低keV 水平下的单能量影像对碘浓度差异的敏感性较高， 提高了影像的密度分辨力，从而在两者之间形成较明显差异[19]；而能量越高，密度分辨力越差，不易形成密度差异，鉴别诊断价值不大。本研究中，40 keV 单能量水平下CT 值鉴别2 组病灶的诊断效能最高， 分析其原因， 由于不同病理级别膀胱癌病灶的生物学行为不同，因此病灶中所含肿瘤细胞数量不同，坏死物及出血成分含量也不同， 这些因素导致不同病理级别肿瘤的密度存在细微差异， 加之低能量影像上组织间对比度大[20]，从而导致2 组病灶CT 值差异显著；而高能量段（110~140 keV）CT 值无法鉴别2 组病灶，中高能量段（90~100 keV） 的CT 值可以鉴别2 组病灶，但诊断效能不高，曲线下面积均<0.7,进一步验证了上述理论。对于静脉期能谱参数在2 种病理级别膀胱癌之间不存在显著差异的结果， 可能与增强早期碘摄取量达高峰， 而后碘摄取量逐渐下降过程中，高级别膀胱癌微血管数量多，对比剂排出较快，而低级别膀胱癌微血管数量少，对比剂排出较慢，使2 组病灶的碘摄取量在静脉期达到平衡[21]。

本研究中， 通过2 名观察者在不知病理结果的情况下独立勾画ROI， 结果显示2 名观察者测量2 组病灶各单能量CT 值的一致性良好，表明了该技术在膀胱尿路上皮癌的病灶检出以及数据测量方面均有较好的稳定性。本研究入组病例病灶直径为1～4 cm， 而在5 mm 层厚的影像上部分病灶仅可显示2 个层面，且病灶边缘显示不清。为保证ROI 放置的准确性， 本研究所有病例均在1.25 mm 层厚的影像放置ROI。薄层影像虽相对噪声较大，但同时影像对比度提高，有助于病灶检出。此外，由于平衡期时对比剂通过输尿管排泄进入膀胱， 导致膀胱内形成喷射状高密度影像，使得部分病灶显示不清，部分容积效应加大，故本研究未将平衡期数据纳入。

本研究尚存在一定局限性：①样本量相对较小；②ROI 放置未能与术后病理取材区完全对应。今后将扩大样本量， 进一步探究能谱曲线特征与膀胱癌免疫组化结果定量分析的相关性。

本研究首次将单源双能CT 能谱曲线特征应用于不同病理级别UCB 的鉴别，且得到了较稳定的结果， 为今后能谱曲线特征在其他类型尿路上皮癌的应用奠定了一定基础， 也为常规增强CT 难以鉴别的不同病理级别UCB 提供了一种直观、简便的术前分级方法，具有一定的临床应用价值。