肾透明细胞癌（clear cell renal cell carcinoma, CCRCC）是最多见的肾脏恶性肿瘤。术前准确预测透明细胞癌的分级对手术方案制定的临床意义重大^[1]。据报道，肾脏扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）对肾脏各种细胞类型的恶性肿瘤具有术前分型的价值^[2]，甚至是透明细胞癌的分级^[3]。但是，之前的研究都是基于两个b值的单指数函数分析^[4]。目前，研究已经发现：单指数函数在腹部应用中存在不足^[5]，由于组织内的微血管灌注对脏器及器官的DWI定量分析的影响，腹部器官及组织的多b值DWI图像更适合采用双指数函数分析^[6]。但是国内学者尚没有将此技术应用于肾脏的占位性或慢性疾病中。所以本研究以肾透明细胞癌的多b值DWI资料为研究对象，分别采用单、双指数函数分析，探讨其在肾透明细胞癌分级中的优劣。

1　材料与方法

1.1　临床资料

       回顾性分析2011年7月至2012年5月在我院行MRI检查并经病理证实的肾透明细胞癌患者32例，其中男23例，女9例，年龄范围29~77岁，中位年龄58岁。所有患者的多b值DWI成像资料经过仔细对比未见明显呼吸运动伪影。所有研究对象均完成了中上腹部的MR平扫及增强检查。

1.2　MR扫描方法

       采用SIEMENS Verio 3.0 T超导型成像仪。所有的患者取仰卧位，采用腹部相控线圈采集信号。MR扫描方法包括用于定位的常规序列和多b值DWI，最后行增强横断面T1WI。常规序列包括：冠状面和横断面T2WI（采用半傅立叶采集单次激发快速自旋回波序列，TR 700 ms，TE 96 ms，层厚6.0 mm，层间距0.6 mm；）；横断面快速扰相梯度回波的T1WI(TR 161.0 ms，TE 2.5 ms，层厚6.0 mm，层间距0.6 mm)。7个b值的横断面EPI-DWI，扫描范围从肾上极至肾下极，采用局部斜位多层面技术，实现小视野（field of view，FOV）扫描，b值分别为0、200、400、600、800、1000和1200 s/mm²；TR 3100 ms，TE 76 ms，采集带宽1158 Hz/Px，FOV 280 mm × 86 mm，矩阵216×40，回波链40，层数12，层厚6.0 mm，层间距0.6 mm，RF激励类型Low SAR，自由呼吸状态下扫描，采集时间为6 min 55 s。增强序列（2D-T1WI增强扫描，扫描参数如上），使用Gd-DTPA对比剂（广州康臣药业有限公司生产），用量0.2 ml/kg，注射流率为2 ml/s。

1.3　方法

       CCRCC分级采用Fuhrman核分级法。分级标准如下：Ⅰ级，核小且规则，直径约10 μm，核仁小或无；Ⅱ级，核略大且轻度不规则，直径约15 μm，高倍显微镜(×400)视野下可见核仁；Ⅲ级，核较大且中至重度不规则，直径约20 μm，高倍显微镜（×100）的视野可见核仁明显；Ⅳ级，核形态与Ⅲ相似，可见畸形核，染色大块状^[7]。其中，Ⅰ和Ⅱ级合并为低级别组，Ⅲ和Ⅳ级合并为高级别组。

       由1名高年资医师（10年以上的腹部肿瘤诊断经验）在不知研究目的和方法的前提下分析图像。在肿瘤实质区勾画圆形感兴趣区（region of interesting, ROI）。肿瘤实质的诊断标准：常规T1WI和T2WI呈等或低信号（相对肾皮质），增强后明显强化。根据以上标准，在DWI (b=0 s/mm²)的图像中选择勾画ROI约0.30 cm×0.30 cm～0.45 cm×0.45 cm，然后复制到同层的其他b值图像中，分别依次记录不同b值的信号值（图1）。将不同b值的ROI的信号强度依次录入，然后装载到GraphPad Prism软件包（http://www. graphpad. com），分别采用单指数（公式1）、双指数（公式2）拟合，得到每组组织的信号强度变化趋势及参数。公式1及公式2表达如下：

       公式中，S为信号强度；S0为b=0 s/mm²时的DWI信号强度；b为扩散因子，单位是s/mm²，D即表观扩散系数(ADC)；Sb为相应b值时的DWI信号强度；Dfast，Dslow分别是快慢两种成分的扩散系数；F为快成分所占的百分比；exp为指数函数运算。

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图1  男，70岁，右肾CCRCC，Fuhrman III级。参照常规序列：等T1WI、等T2WI信号、明显强化区（箭头），在多b=0 s/mm²的DWI中选择ROI，然后复制到其他b值的DWI图像中
Fig. 1  A 70 years old man with right renal CCRCC confirmed Fuhrman grade III by pathological test. The local focus of mass manifest as isointensity on T1WI and T2WI and marked enhanced (arrow). A ROI was spotted on the diffusion images at b=0 s/mm², and was copped to the images at the same plane but with different b values.

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1.4　统计学

       采用SPSS13.0进行统计学分析。定量资料采用中位数及75％区间表示，组间的比较采用非参数Mann-Whitney U检验。采用受试者特征（receiver operating characteristic curve, ROC）曲线进一步比较各参数在预测CCRCC高低分级中的价值。当P<0.05时，认为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　病理分级与分组

       Fuhrman分级：Ⅰ级10例、Ⅱ级10例、Ⅲ级7例、Ⅳ级5例；其中20例为低级别组（Ⅰ＋Ⅱ级），12例为高级别组（Ⅲ＋Ⅳ级）。

2.2　单指数函数分析

       透明细胞癌的DWI信号强度随着b值的增大而减小（图1）。低级别CCRCC的中位数及75％区间为1.57(1.44, 1.91)×10^-3 mm²/s，高级别CCRCC的中位数及75％区间为1.63(1.37, 1.87)×10^-3 mm²/s，两组间差异无统计学意义(U=50.0，P=0.71；表1)。

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表1  肾透明细胞癌多b值DWI的单、双指数函数分析比较
Tab. 1  The comparison of two exponential function used to multi-b DWI of CCRCC

2.3　双指数函数分析

       与低级别的CCRCC相比较，高级别的F减低，但是Dfast、Dslow都增大，组间均存在统计学差异(U=18.0, P=0.01; U=15.0, P=0.01; U=20.0, P=0.02)。F诊断的阈值为47.9％时，预测低、高级别的CCRCC的敏感度为93.7%，特异度为71.4%；Dfast诊断的阈值为3.9×10^-3 mm²/s时，预测高、低级别CCRCC的敏感度和特异度分别为81.2％和85.7%；Dslow诊断的阈值为0.5×10^-3 mm²/s时，预测诊断高、低级别CCRCC的敏感度和特异度分别为75％和85.7%。ROC分析：在术前预测高、低级别的CCRCC中，F、Dfast和Dslow的曲线下面积（area under curve，AUC）分别为0.84、0.87和0.82；参数F与Dfast比较差异无统计学意义(Z=0.51，P=0.61) ，F与Dslow比较差异无统计学意义(Z=0.30，P=0.77)，Dfast与Dslow比较也无统计学意义(Z=0.77，P=0.44；表1，图2)。

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图2  双指数函数的3个参数预测高、低级别CCRCC的ROC曲线图
Fig. 2  The ROC platform for three parameters from biexponential function used to grade the CCRCC.

3　讨论

       肾癌的手术方式的选择及预后与病理分级密切相关^[1]。目前，透明细胞癌的分级多采用Fuhrman核分级系统，其突出了核异型性的重要意义^[7]。Ghavamian等^[8]认为透明细胞癌的Ⅰ～Ⅱ级多为局限性，可行保留肾单位术；Ⅲ～Ⅳ级常伴有周围浸润、转移或复发，应行肾癌根治术。但是常规影像检查方法对术前肿瘤分级缺乏特异性^[9]。利用DWI对肿瘤进行术前病理分级日益受到国内外学者的关注，但研究领域尚局限于颅内、乳腺、前列腺等运动伪影少的部位。

       由于腹部DWI的技术难题，多b值的DWI的研究少之又少。该研究采用局部斜位多层面技术的EPI-DWI，实现了小FOV的DWI成像，此序列有以下优势：（1）对运动不敏感，可在自由呼吸状态下扫描；（2）降低磁敏感伪影对图像质量的影响，减轻图像失真，可以实现小FOV内产生高分辨率图像；（3）更适合局部组织的多b值DWI研究。

       DWI在CCRCC的分级中的应用多见于2个或3个b值。Rosenkrantz等^[10]的研究结果认为，高级别CCRCC的ADC值比低级别的低，而且随着最大b值的增大（最大b值为800 s/mm²），诊断的准确率提高。孙军等^[2]在使用两个b值DWI的CCRCC分级中也证实（最大b值为1200 s/mm²）了ADC值可以用于鉴别诊断高低级别CCRCC。但是该研究的ADC在鉴别高低级别CCRCC组间无统计学差异。考虑与ADC值的计算方法不同有关，该研究采用多b值DWI的单指数拟合法，在理论上应该更加准确，更能反映组织中水分子的扩散特征。

       单指数拟合是目前最常见的ADC的计算法则^[11]，Tamura等^[12]的乳腺多b值的DWI成像研究中，单纯囊肿符合单指数函数。但是，近几年的多b值DWI研究发现，胸部、腹腔实质器官的DWI信号随着b值的增加呈双指数函数特征^[13,14,15]，即使是在脑实质，随着采用的b值范围的增大，DWI信号也呈现双指数函数特征^[16]。多b值DWI的双指数函数分析的理论基础：假定被研究组织内含有两种都呈单指数特征的成分，其中一种随着b值的增大DWI信号衰减比另一种快。因此，可用数学模型产生3个参数（F、Dfast和Dslow）。尽管目前对这3个参数所代表的具体临床意义尚不完全明确，但是双指数函数确实是更客观地描述了组织的DWI信号强度随b值的变化特征，为间接地反映组织的本质特征奠定基础。

       双指数函数分析在肾脏病变的应用尚处于初步研究阶段。Chandarana等^[17]利用多b值的DWI（bmax= 800 s/mm²）研究肾脏的31个病灶中，双指数函数的各评价指标(F、Dfast和Dslow)在鉴别强化、非强化病灶的敏感度和特异度都比ADC值高，而且F、Dfast与病灶的强化程度的相关性较高。Rheinheimer等^[18]在肾脏透明细胞癌的双指数函数分析（bmax=800 s/mm²）中，发现Dfast有助于透明细胞癌与正常肾实质的区分，而F可帮助不同亚型的鉴别诊断。目前尚无CCRCC分级的双指数函数分析的报道。该研究中，双指数函数的3个参数在CCRCC的高、低分级中均具有统计学意义，而且3个参数预测CCRCC分级的效能相似，都明显优于单指数函数。

       虽然本研究取得了一定的研究成果，但是也存在一些不足。其一，作为回顾性研究，本组研究的样本量较少；其二，DWI成像的最大b值达到1200 s/mm²，其信噪比不在本研究范畴内，但是可能导致各参数值的偏倚；其三，低b值区的b值的间距较大，可能是导致F、Dfast不服从正态分布的原因之一。

       总之，双指数函数更加客观地反映了肿瘤组织的DWI信号强度随b值的变化特征。虽然病理诊断更注重细胞的结构和形态改变，但是双指数函数各参数确实在一定程度上反映了潜在的肿瘤细胞学特征。因此，随着对双指数各参数的进一步研究，多b值DWI在腹部肿瘤领域中的应用会更加广泛。