DSCT雙能技術(shù)診斷泌尿系統(tǒng)體內(nèi)結(jié)石成分研究進(jìn)展

彭吉明 (重慶合川區(qū)人民醫(yī)院放射科，重慶 合川 401520)

泌尿系結(jié)石是一種多發(fā)病，在世界范圍內(nèi)較常見，其臨床治療與位置、大小、數(shù)量和結(jié)石成分存在密切關(guān)系。泌尿系統(tǒng)結(jié)石包括草酸鹽、尿酸鹽、磷酸鹽、胱氨酸結(jié)石等多種類型，但很多時(shí)候可能是一些混合型結(jié)石。在上述類型的結(jié)石中，尿酸結(jié)石是體內(nèi)嘌呤代謝嚴(yán)重紊亂的產(chǎn)物，尿酸結(jié)石要采取藥物堿化尿液來溶解結(jié)石，而其他結(jié)石通常需要采用體外沖擊波碎石術(shù)或有創(chuàng)性的介入取石程序來進(jìn)行治療［1］。對(duì)于非尿酸結(jié)石需要體外沖擊波碎石術(shù)或有創(chuàng)性的介入取石程序，在費(fèi)用方面非常貴，另一方面會(huì)導(dǎo)致腎出血、纖維化和高血壓等并發(fā)癥。因此，治療前確定結(jié)石成分非常重要。筆者介紹了近年DSCT雙能技術(shù)的研究進(jìn)展，提出了下一步可能的研究方向?，F(xiàn)報(bào)告如下。

1 結(jié)石成分分析主要方法

1.1 非CT分析方法：非CT分析方法是一種傳統(tǒng)分析結(jié)石成分的方法，主要方法都包括化學(xué)定性或定量分析、X線衍射分析、光譜分析、熱重分析、偏光顯微鏡、掃描電鏡分析、陰極發(fā)光技術(shù)及離子色譜法等，但這些方法操作起來非常復(fù)雜，消耗的時(shí)間非常長，費(fèi)用昂貴而且僅局限于體外。其中光譜分析是CT分析方法是體外結(jié)石成分分析的對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 單源CT結(jié)石成分分析法：單源CT結(jié)石成分分析法以結(jié)石的CT值為測量指標(biāo)。Matlaga等利用螺旋CT通過測量結(jié)石平均CT值范圍［2］，臨床有證據(jù)表明可用來分析尿酸、磷酸鎂銨和草酸鈣結(jié)石，但在區(qū)分磷酸氫鈣和草酸鈣結(jié)石、胱氨酸結(jié)石和鳥糞石方面有局限。Grosjean等發(fā)現(xiàn)利用單源CT雙能量成像技術(shù)在屏氣好的狀態(tài)下可用來分析尿酸、草酸鈣石、磷酸鎂銨、胱氨酸、磷酸氫鈣及一水草酸鈣等結(jié)石成分［3］，但呼吸會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生重大影響，所以單源CT對(duì)非尿酸結(jié)石的成分分析可行性在臨床實(shí)踐中存在爭議［4］?？紤]可能與人體內(nèi)結(jié)石多含有結(jié)晶水，單源CT掃描對(duì)患者需進(jìn)行兩次掃描，兩次圖像的配準(zhǔn)問題等存在密切關(guān)系。

1.3 DSCT法：2005年全球首臺(tái)雙源CT(DSCT)的推出使得CT成像技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展。雙源CT在旋轉(zhuǎn)的機(jī)架內(nèi)安裝了2個(gè)相隔90°的球管(即雙源，每個(gè)最工作電壓分別為80 kV和140 kV)及2套對(duì)應(yīng)的探測器系統(tǒng)，一個(gè)探測器覆蓋整個(gè)掃描視野(直徑50 cm)，而另一個(gè)探測器僅限于中心更小的視野(直徑26 cm)，2個(gè)X線球管可以獨(dú)立的電壓和電流運(yùn)行［5］，如圖1所示。DSCT雙能掃描速度快、分辨率高、輻射劑量小、成像質(zhì)量高［6］。該設(shè)備獨(dú)有的雙套球管、探測器系統(tǒng)配以高速機(jī)架旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，使其時(shí)間分辨率達(dá)到了8 ms，重建最薄層厚0.3 mm，特有的能量減影應(yīng)用更進(jìn)一步拓展了其臨床應(yīng)用。

圖1 DSCT雙能成像的原理示意圖

CT圖像中組織間的差異取決于對(duì)射線的衰減，不同能量的X線以及組織相對(duì)應(yīng)的CT值變化可得出能體現(xiàn)組織化學(xué)成分的組織特性圖像。如圖2所示，同樣組織在80 kV和140 kV條件下，成像特性有較大差異，不同成分的結(jié)石對(duì)不同能量的X射線能量敏感性不同。如尿酸結(jié)石所含的化學(xué)元素有氫、碳、氮及氧，這些化學(xué)元素的原子序數(shù)相對(duì)低，在高電壓和低電壓兩種條件下其對(duì)X線的衰減明顯不同，而非尿酸結(jié)石內(nèi)含有原子序數(shù)高的化學(xué)元素磷、鈣、鎂等，在兩種條件的電壓下密度差值通常較大。上述資料結(jié)果表明，DSCT雙能量成像技術(shù)掃描結(jié)石，獲取反映其能量圖像，對(duì)分析結(jié)石的化學(xué)成分有重要價(jià)值［7］。

圖2 組織對(duì)射線的衰減與射線能量相關(guān)

2 DSCT雙能診斷泌尿系統(tǒng)體內(nèi)結(jié)石成分研究進(jìn)展

2.1 體外結(jié)石成分診斷：研究表明，DSCT雙能技術(shù)對(duì)絕大部分泌尿系統(tǒng)體外結(jié)石成分分析的準(zhǔn)確性高，具有臨床價(jià)值。Paul等利用DSCT雙能技術(shù)分析尿酸結(jié)石的敏感性及特異性分別為89%和98%［8］，認(rèn)為能區(qū)分含草酸鈣及磷酸鈣成分的結(jié)石。DSCT雙能技術(shù)可以區(qū)分出尿酸、胱氨酸、鳥糞石、尿酸結(jié)石、胱氨酸結(jié)石、混合尿酸結(jié)石與其他類型結(jié)石。楊琪放等利用第一代雙源CT對(duì)308例患者離體尿路結(jié)石進(jìn)行研究［9］，結(jié)果證明DSCT雙能技術(shù)鑒別尿酸的準(zhǔn)確度為100%，鑒別非尿酸結(jié)石的準(zhǔn)確度為100%。馬智軍等發(fā)現(xiàn)［10］，5種結(jié)石成分在兩種能量狀態(tài)下CT值差值兩兩比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。DSCT雙能技術(shù)在診斷體外結(jié)石成分研究相對(duì)較多，雖然存在少量分歧，但結(jié)論趨向于一致，臨床應(yīng)用價(jià)值較高［11］。

2.2 體內(nèi)結(jié)石成分診斷研究進(jìn)展：利用DSCT雙能技術(shù)對(duì)活體內(nèi)的泌尿系結(jié)石成分分析的研究還相對(duì)較少，但國內(nèi)外已經(jīng)取得一些進(jìn)展，對(duì)了解結(jié)石成因、預(yù)防結(jié)石形成及指導(dǎo)治療方案的選擇具有一定價(jià)值。

2.2.1 國外研究進(jìn)展：2010年P(guān)aul等通過DSCT掃描體內(nèi)結(jié)石53例［12］，結(jié)果表明DSCT掃描可精確分析體內(nèi)的尿酸結(jié)石和非尿酸結(jié)石。Hidas等采用DSCT掃描27例體內(nèi)結(jié)石［13］，通過測量低KV與高KV下的結(jié)石衰減值比值，認(rèn)為比值在1.1以下為尿酸，比值在1.1～1.24之間為胱氨酸，比值在1.24以上為含鈣結(jié)石，通過上述資料可以表明DSCT對(duì)結(jié)石成分分析的準(zhǔn)確性為82%，與國外的同類研究基本一致［14］。

2.2.2 國內(nèi)研究進(jìn)展：國內(nèi)相關(guān)研究相對(duì)起步稍晚，但其研究方法有所豐富，研究成果與國際研究結(jié)果有互補(bǔ)性。張挽時(shí)等對(duì)64例泌尿系結(jié)石患者(男41例，女23例，年齡20～82歲［15］，平均年齡(53±16)歲進(jìn)行 DSCT雙能成像檢查，測量計(jì)算80 kV和140 kV圖像結(jié)石的HU差值、HU比值和雙能量指數(shù)(DEI)，與患者治療后的結(jié)石標(biāo)本進(jìn)行紅外光譜為標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用方差分析比較不同結(jié)石之間上述指標(biāo)的差異。雙能量軟件正確診斷4例尿酸結(jié)石、1例混合尿酸結(jié)石、2例胱氨酸結(jié)石和11例草酸鈣結(jié)石;另外，2例磷酸鈣結(jié)石、29例混合含鈣結(jié)石、1例尿酸銨和草酸鈣混合結(jié)石、1例混合尿酸結(jié)石和4例磷酸鎂銨結(jié)石均識(shí)別為草酸鹽成分。這充分說明DSCT雙能量成像可以較好地區(qū)分體內(nèi)的尿酸結(jié)石、混合尿酸結(jié)石、胱氨酸結(jié)石和含鈣結(jié)石，但區(qū)分磷酸鎂銨結(jié)石以及不同成分的含鈣結(jié)石尚存在困難。范璐等對(duì)226例尿路結(jié)石患者行DSCT雙能量掃描［16］，計(jì)算雙源CT在體分析草酸鈣結(jié)石、磷酸鹽結(jié)石、胱氨酸結(jié)石及尿酸結(jié)石的靈敏度與特異度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DSCT能夠準(zhǔn)確的區(qū)分尿酸結(jié)石和非尿酸結(jié)石(靈敏度和特異度均為100%)，較準(zhǔn)確地區(qū)分草酸鈣結(jié)石、磷酸鹽結(jié)石、胱氨酸結(jié)石，其靈敏度分別為89.03%、67.28%、73.56%，其特異度分別為85.62%、90.71%、93.43%。認(rèn)為該技術(shù)應(yīng)用于結(jié)石成分分析可準(zhǔn)確區(qū)分尿酸結(jié)石和非尿酸結(jié)石，靈敏度和特異度非常高，均為100%。同時(shí)DEI值的差別可作為草酸鈣結(jié)石與磷酸鹽結(jié)石區(qū)分的指標(biāo)。凃備武等對(duì)104例泌尿系結(jié)石者共113結(jié)石行DSCT雙能量掃描并于工作站(syngo)上完成結(jié)石成分分析［17］，發(fā)現(xiàn)雙源CT雙能量分析顯示尿酸、草酸鈣和磷灰石成分分別得到準(zhǔn)確性97.3%、92.9%、38.1%，靈敏度88.2%、100%、9.6%，特異度99.0%、66.7%、90.0%，陽性預(yù)測值93.8%、91.7%、63.6%以及陰性預(yù)測值97.9%、100%、35.3%，胱氨酸鹽均為假陽性。這個(gè)分析認(rèn)為雙源CT雙能量技術(shù)分析體內(nèi)泌尿系結(jié)石成分是可行的，對(duì)尿酸和草酸鈣的定性有很高的準(zhǔn)確性。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)雙能顯示結(jié)石是否含尿酸的靈敏度和特異度很高，誤診和漏診的幾率很小。江杰采用了不同的研究技術(shù)路線［18］，其研究不是將體內(nèi)CT掃描與體外光譜測量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，而是進(jìn)行體內(nèi)外掃描版比對(duì)。研究者對(duì)上尿路結(jié)石患者53例，術(shù)后取得結(jié)石69例。體內(nèi)結(jié)石采用DSCT雙能量掃描模式，體外結(jié)石置于新鮮豬腎后放入盛滿NaCl溶液的紙盒中進(jìn)行DSCT雙能量掃描，對(duì)體內(nèi)、外結(jié)石掃描條件保持一致。在軟組織窗分別測量結(jié)石在80 kV、120 kV、140 kV下的平均CT值，利用雙能量結(jié)石分析軟件分析結(jié)石成分。采用紅外光譜法對(duì)結(jié)石標(biāo)本進(jìn)行結(jié)石成分分析，發(fā)現(xiàn)不同成分結(jié)石在體內(nèi)、體外的平均CT值差異比較，尿酸結(jié)石、羥基磷灰石、草酸鈣結(jié)石、胱氨酸在體內(nèi)，體外平均CT值比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。DSCT對(duì)結(jié)石的顯示及成分分析在體內(nèi)、外體結(jié)果相吻合。DSCT雙能量結(jié)石分析軟件不一方面可用于區(qū)分偽彩直觀區(qū)別尿酸與非尿酸結(jié)石，與此同時(shí)另一方面還可區(qū)分非酸結(jié)石中的草酸鈣、羥基磷灰石、胱氨酸結(jié)石。研發(fā)發(fā)現(xiàn)DSCT對(duì)體內(nèi)草酸鈣、羥基磷灰石分析準(zhǔn)確性達(dá)95.18%、97.59%，對(duì)尿酸、胱氨酸結(jié)石分析準(zhǔn)確性達(dá)100%。

2.3 體內(nèi)診斷外比較：雖然雙能量體內(nèi)分析的準(zhǔn)確率不如體外那么高，但對(duì)尿酸的不論在體內(nèi)還是體外的準(zhǔn)確率都非常高，完全具有臨床實(shí)用價(jià)值，對(duì)草酸的分析也有較高參考價(jià)值，但對(duì)其他成分或混合成分的分析，其價(jià)值有待進(jìn)一步研究。

3 討論

目前大多數(shù)研究都是以純結(jié)石成分為前提，雖然精確性有明顯提高，但結(jié)果在臨床的實(shí)用價(jià)值會(huì)減小。因?yàn)槊谀蛳到Y(jié)石多以混合形式出現(xiàn)，有報(bào)道對(duì)混合結(jié)石雙能發(fā)現(xiàn)，僅約10%與光譜結(jié)果一致，顯示出來的混合結(jié)石大部分表現(xiàn)為不同成分相對(duì)集中于一定區(qū)域，至于何種成分混合仍很難說清。因此，這是混合結(jié)石的體內(nèi)DSCT雙能診斷可能是今后研究方向。在模擬研究方面，目前研究都將結(jié)石放在新鮮切開的豬腎內(nèi)或含尿液的雞腸內(nèi)進(jìn)行掃描，盡量模擬人體體內(nèi)環(huán)境，但相關(guān)研究都還比較少。但模擬環(huán)境與人體真實(shí)環(huán)境的可比性、可參照性有待進(jìn)一步深入研究，因?yàn)椴煌M織對(duì)不同能量X射線的衰減具有特異性。本組資料中提到的研究文獻(xiàn)，幾乎都是使用第一代DSCT雙能。而隨著技術(shù)的進(jìn)步，最近的體外研究還顯示，第二代雙源C的雙能量成像明顯改善了對(duì)尿酸和非尿酸結(jié)石的鑒別能力［19］。由此，可以推斷第二代DSCT雙能技術(shù)應(yīng)用于體內(nèi)泌尿系統(tǒng)結(jié)石分析對(duì)于提高診斷準(zhǔn)確性需要進(jìn)一步探索。

4 小結(jié)與展望

泌尿系統(tǒng)結(jié)石是指發(fā)生于泌尿系統(tǒng)的結(jié)石，別稱尿石癥，泌尿系統(tǒng)結(jié)石包括腎、輸尿管、膀胱和尿道的結(jié)石。治療前確定結(jié)石成分對(duì)泌尿系統(tǒng)結(jié)石的治療意義重大，臨床上雙源CT雙能量技術(shù)在治療前可較準(zhǔn)確地提供結(jié)石的成分信息，在尋找結(jié)石病因、選擇合理的治療方式及預(yù)防復(fù)發(fā)方面均起著不可低估的作用。體外分析的準(zhǔn)確性很高，但體內(nèi)能否達(dá)到，除去分尿酸與非尿酸結(jié)石的意見比較統(tǒng)一，認(rèn)為能進(jìn)行臨床應(yīng)用，其他還有待進(jìn)一步證實(shí)。利用CT判斷尿路結(jié)石成分存在諸多問題，但發(fā)展?jié)摿艽螅谖磥順O有成為一種可靠的準(zhǔn)確判斷體內(nèi)結(jié)石成分的方法。

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