雙源雙能量CT前瞻性分析體內(nèi)泌尿系結(jié)石的主要成分

張古沐陽， 石冰， 薛華丹， 肖河， 張學(xué)斌， 孫昊， 金征宇

泌尿系結(jié)石是一種常見病且容易復(fù)發(fā)，患病率達(dá)10%～15%，10年復(fù)發(fā)率可高達(dá)50%[1-2]。泌尿系結(jié)石成分對患者的診治具有指導(dǎo)意義，尿酸結(jié)石可選擇堿化尿液的藥物溶石治療，而草酸鈣結(jié)石由于硬度較大，體外沖擊波碎石術(shù)療效差，應(yīng)積極手術(shù)取石[3-4]。目前常用的泌尿系結(jié)石成分分析方法如紅外光譜分析、化學(xué)分析等均是術(shù)后體外分析方法，并不能指導(dǎo)治療方案的選擇。因而，一種能在治療前對體內(nèi)泌尿系結(jié)石成分進(jìn)行準(zhǔn)確分析的方法具有重要的臨床價(jià)值。

平掃CT是評估泌尿系結(jié)石的重要影像學(xué)方法。有研究提出可通過測量結(jié)石平均CT值范圍來分析結(jié)石成分，但由于不同成分的結(jié)石CT值有部分重疊，該方法的診斷效能并不理想，沒有被臨床常規(guī)應(yīng)用[5-7]。雙能量CT(Dual-energy CT，DECT)的出現(xiàn)為分析體內(nèi)泌尿系結(jié)石成分提供了一種新方法。不同成分的泌尿系結(jié)石在不同管電壓條件下的X線衰減不同，利用相應(yīng)的后處理軟件，雙源雙能量CT(Dual-source dual-energy CT，DSDECT)可分析出泌尿系結(jié)石的成分。不少研究已證實(shí)DECT能準(zhǔn)確區(qū)分尿酸和非尿酸結(jié)石，但多為回顧性體外研究，前瞻性體內(nèi)研究少且納入的結(jié)石數(shù)量少，此外，目前對DECT能否進(jìn)一步區(qū)分非尿酸結(jié)石成分仍有爭議[8-15]。因而，有必要對應(yīng)用DECT分析體內(nèi)泌尿系結(jié)石成分作進(jìn)一步的臨床研究。本研究前瞻性探討DECT能否在體內(nèi)準(zhǔn)確區(qū)分尿酸和非尿酸結(jié)石，并進(jìn)一步在非尿酸結(jié)石中區(qū)分草酸鈣和非草酸鈣結(jié)石，結(jié)石成分的參考標(biāo)準(zhǔn)為術(shù)后體外紅外光譜分析法的測定結(jié)果。

圖1 Kidney Stones軟件界面。a) 參數(shù)設(shè)置界面，橫坐標(biāo)為140kVp時(shí)的CT值，縱坐標(biāo)為100kVp時(shí)的CT值，四個(gè)白色小圓圈從上至下分別代表草酸鈣、羥基磷灰石、胱氨酸及尿酸成分，Ratio代表斜率，Minimum和Maximum分別代表偽彩編碼識別的CT值上、下界值，Range代表平滑濾波范圍； b) 為一枚右腎下盞的草酸鈣結(jié)石。

材料與方法

1.病例資料

納入因泌尿系結(jié)石入院擬行手術(shù)治療的患者，排除年齡小于18歲、懷孕或哺乳、無術(shù)后紅外光譜分析測定結(jié)果的患者。所有入選患者在行經(jīng)皮腎鏡或輸尿管鏡取石術(shù)前均接受DECT檢查，術(shù)后應(yīng)用紅外光譜分析法測定取出結(jié)石的成分。

2.檢查方法

采用西門子雙源雙能量CT(Somatom Definition Flash)進(jìn)行檢查，掃描范圍自雙腎上極至恥骨聯(lián)合水平，采用平掃、雙能量掃描模式，雙源球管電壓及有效電流分別為140 kVp /178 mAs、100 kVp/230 mAs，開啟自動管電流調(diào)節(jié)，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，螺距0.9 mm，Kernel B30f中等平滑，準(zhǔn)直32×0.6 mm，掃描層厚為7 mm，無間距掃描，重建層厚及層間距均為1 mm，掃描數(shù)據(jù)重建后傳至西門子Leonardo后處理工作站進(jìn)行雙能量結(jié)石成分分析。

3.圖像處理與分析

應(yīng)用“Kidney Stones”軟件分析泌尿系結(jié)石成分，該軟件可區(qū)分四種結(jié)石成分即草酸鈣、羥基磷灰石、胱氨酸和尿酸，該軟件的設(shè)置界面見圖1，偽彩編碼識別的CT值上、下界分別設(shè)定為200、3071 HU；平滑濾波范圍設(shè)定為7；斜率即100 kVp時(shí)的CT值與140 kVp時(shí)CT值的比值，是區(qū)分結(jié)石成分的重要參數(shù)，若待測結(jié)石成分對應(yīng)的斜率大于設(shè)定值，則該結(jié)石成分編碼為藍(lán)色，反之編碼為紅色，通過改變斜率設(shè)定值及觀察待測結(jié)石顏色的變化可確定結(jié)石成分。首先，將斜率設(shè)定為1.27，尿酸成分將被編碼為紅色，非尿酸成分將被編碼為藍(lán)色，待測結(jié)石若為純紅色，則為純尿酸結(jié)石，若為純藍(lán)色，則為純非尿酸結(jié)石，若既有紅色又有藍(lán)色，則為混合結(jié)石，并通過定性分析確定所占比例較大的顏色對應(yīng)的成分為混合結(jié)石的主要成分，例如，待測結(jié)石主要為紅色，小部分為藍(lán)色，則為尿酸為主的混合結(jié)石。然后對純非尿酸結(jié)石及非尿酸為主的混合結(jié)石作進(jìn)一步分析，將斜率設(shè)定為1.40，草酸鈣成分將被編碼為藍(lán)色，非草酸鈣成分將被編碼為紅色，混合結(jié)石主要成分的判斷方法同上。通過以上兩步分析，可確定待測結(jié)石的主要成分，結(jié)石具體的成分分析過程見圖2。本研究主要研究對象是結(jié)石的主要成分，因而將純尿酸結(jié)石和以尿酸為主的混合結(jié)石歸為一類即尿酸結(jié)石，將純草酸鈣結(jié)石和以草酸鈣為主的混合結(jié)石歸為草酸鈣結(jié)石，將純非草酸鈣結(jié)石和以非草酸鈣為主的混合結(jié)石歸為非草酸鈣結(jié)石。由2位放射科醫(yī)師共同閱片分析，意見不同時(shí)通過協(xié)商達(dá)成一致。

圖2 DSDECT結(jié)石成分分析過程。圓圈代表結(jié)石，紅、藍(lán)色代表Kidney Stones軟件編碼的偽彩，不同偽彩代表的結(jié)石成分如圓圈下方文字所述，紅色矩形框內(nèi)的結(jié)石歸為尿酸結(jié)石，藍(lán)色矩形框內(nèi)的結(jié)石歸為草酸鈣結(jié)石，綠色矩形框內(nèi)的結(jié)石歸為非草酸鈣結(jié)石。

DSDECT分類成分?jǐn)?shù)目紅外光譜分類成分?jǐn)?shù)目尿酸結(jié)石純尿酸5尿酸結(jié)石純尿酸4尿酸為主、草酸鈣為輔1尿酸為主2純尿酸1非尿酸結(jié)石尿酸為主的混合結(jié)石1 草酸鈣結(jié)石純草酸鈣21草酸鈣結(jié)石純草酸鈣20草酸鈣為主、非草酸鈣為輔1草酸鈣為主、非草酸鈣為輔45草酸鈣為主、非草酸鈣為輔32純草酸鈣11尿酸結(jié)石尿酸為主、草酸鈣為輔2 非草酸鈣結(jié)石純非草酸鈣4非草酸鈣結(jié)石純非草酸鈣4非草酸鈣為主、草酸鈣為輔4純非草酸鈣4

4.傅立葉變換紅外光譜結(jié)石成分測定

用紅外光譜自動分析儀(LIIR-20型，天津藍(lán)莫德科學(xué)儀器有限公司)對術(shù)后取出的結(jié)石標(biāo)本進(jìn)行成分分析。由于紅外光譜可測定的結(jié)石成分種類多于“Kidney stones”，筆者將一水草酸鈣和二水草酸鈣結(jié)石歸為草酸鈣結(jié)石，無水尿酸和尿酸銨結(jié)石歸為尿酸結(jié)石，含磷酸鹽、胱氨酸和六水磷酸銨鎂結(jié)石歸為非草酸鈣結(jié)石。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用MedCal 15.8軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。記錄入選患者的臨床資料、結(jié)石數(shù)目、結(jié)石部位、DSDECT分析結(jié)果、紅外光譜分析結(jié)果、劑量長度乘積(dose length product,DLP)和有效輻射吸收劑量(DLP×0.015)。以紅外光譜分析結(jié)果為參考標(biāo)準(zhǔn)判斷結(jié)石的主要成分，分析DSDECT區(qū)分尿酸與非尿酸結(jié)石以及在非尿酸結(jié)石中區(qū)分草酸鈣結(jié)石與非草酸鈣結(jié)石的敏感度、特異度、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值和準(zhǔn)確度。

結(jié)果

1.臨床資料

自2015年8月至2016年1月，109例患者在行手術(shù)取石前接受DSDECT檢查，排除42例無術(shù)后紅外光譜分析測定結(jié)果的患者，共納入67例患者，其中男50例，女17例，平均年齡(50±13)歲，其中55例行經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)，12例行經(jīng)輸尿管鏡取石術(shù)。55例患者為單發(fā)結(jié)石，12例患者為多發(fā)結(jié)石，共81枚結(jié)石，其中腎結(jié)石64枚，輸尿管結(jié)石15枚，膀胱結(jié)石2枚。結(jié)石平均直徑為(13±6)mm(2～40mm)?；颊咂骄行л椛湮談┝繛?8.66±1.84)mSv。

2.結(jié)石成分分析結(jié)果

DSDECT分析結(jié)果顯示，純尿酸結(jié)石5枚，尿酸為主的混合結(jié)石2枚，非尿酸為主的混合結(jié)石53枚，純非尿酸結(jié)石21枚，故尿酸結(jié)石7枚，非尿酸結(jié)石74枚。對非尿酸結(jié)石進(jìn)一步分析結(jié)果顯示，純草酸鈣結(jié)石21枚，草酸鈣為主、非草酸鈣為輔的混合結(jié)石45枚，故草酸鈣結(jié)石66枚；純非草酸鈣結(jié)石4枚，非草酸鈣為主、草酸鈣為輔的混合結(jié)石4枚，故非草酸鈣結(jié)石8枚。DSDECT分析結(jié)果和對應(yīng)的紅外光譜分析結(jié)果見表1。

參照紅外光譜分析結(jié)果，統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果顯示DSDECT鑒別尿酸結(jié)石的敏感度為77.8%[7/9，(95%CI：39.9，97.2)]，特異度為100%[72/72，(95%CI：95.0，100)]，陽性預(yù)測值為100%[7/7，(95%CI：59.0，100)]，陰性預(yù)測值為97.3%[72/74，(95%CI：90.6，99.7)]，準(zhǔn)確度為97.5%(79/81)。在非尿酸結(jié)石中，DSDECT進(jìn)一步鑒別草酸鈣結(jié)石的敏感度為100%[64/64，( 95%CI：94.4，100)]，特異度為80%[8/10，(95%CI：44.4，97.5)]，陽性預(yù)測值為97.0%[64/66，(95%CI：89.5，99.6)]，陰性預(yù)測值為100%[8/8，(95%CI：63.1，100)]，準(zhǔn)確度為97.3%(72/74)。

討 論

本研究結(jié)果顯示DSDECT能準(zhǔn)確地在體區(qū)分尿酸和非尿酸結(jié)石，并進(jìn)一步在非尿酸結(jié)石中鑒別草酸鈣結(jié)石。

近年來，不少研究對DSDECT鑒別泌尿系結(jié)石成分進(jìn)行了探索，但多為體外研究，體內(nèi)研究相對較少[8-16]。Manglaviti等[16]采用DSDECT分析了40例患者的體內(nèi)泌尿系結(jié)石，結(jié)果提示DSDECT能很好地鑒別尿酸結(jié)石。Hidas等[14]采用單源、雙探測器的DECT掃描27例體內(nèi)結(jié)石患者，結(jié)果顯示DECT區(qū)分尿酸結(jié)石的準(zhǔn)確度達(dá)82%。本研究結(jié)果與以上文獻(xiàn)報(bào)道的研究結(jié)果基本一致，DSDECT鑒別尿酸結(jié)石的準(zhǔn)確度高達(dá)97%(79/81)，81枚結(jié)石中，僅2枚尿酸結(jié)石被誤判為草酸鈣結(jié)石。這2枚誤診的結(jié)石來自同一例患者，均位于右腎下盞，直徑約3 mm，紅外光譜分析結(jié)果顯示主要成分為尿酸銨，含少量草酸鈣。尿酸銨結(jié)石是一種少見的尿酸鹽結(jié)石，它的形成過程與生化特性不同于常見的無水尿酸或一水尿酸結(jié)石[17-18]，這可能造成尿酸銨結(jié)石的X線衰減特性不同于常見的尿酸結(jié)石。此外，筆者在研究過程中發(fā)現(xiàn)，小結(jié)石(直徑<5 mm)可被偽彩編碼為灰色或白色，這可能與空間分辨力不夠、后處理軟件無法準(zhǔn)確進(jìn)行偽彩編碼有關(guān)，此時(shí)根據(jù)偽彩確定結(jié)石成分有一定難度?？赡苡捎谝陨蟽煞矫娴囊蛩兀珼SDECT未能準(zhǔn)確識別這2枚小結(jié)石的主要成分。目前，DSDECT能否準(zhǔn)確地對非尿酸結(jié)石進(jìn)一步區(qū)分還存在爭議，本研究結(jié)果顯示，在非尿酸結(jié)石中，DSDECT鑒別草酸鈣和非草酸鈣結(jié)石的敏感度、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值及準(zhǔn)確度均很高，但特異度相對稍低(80%，8/10)，這可能與本研究非草酸鈣結(jié)石的樣本量較小有關(guān)，74枚非尿酸結(jié)石中僅10枚為非草酸鈣結(jié)石。雖然本研究結(jié)果提示DSDECT能較好地區(qū)分草酸鈣和非草酸鈣結(jié)石，但由于本研究中納入的非草酸鈣結(jié)石較少，可能對DSDECT區(qū)分非尿酸結(jié)石能力的評估造成一定影響，因而，DSDECT對非尿酸結(jié)石的成分分析仍值得進(jìn)一步研究。

本研究與其他研究的不同之處主要有以下幾點(diǎn)：①本研究采用前瞻性設(shè)計(jì)，相對于回顧性研究，前瞻性研究能更真實(shí)地評價(jià)待測方法的診斷效能；(②混合結(jié)石比例高、結(jié)石大小多樣，本研究近一半的結(jié)石為混合結(jié)石(37/81)，大、小結(jié)石均有(2～40 mm)，更貼近真實(shí)臨床情況；③著眼于結(jié)石的主要成分進(jìn)行研究，由于在實(shí)際臨床工作中，混合結(jié)石較單一成分結(jié)石更常見，治療方案的選擇主要依據(jù)結(jié)石的主要成分，因而研究DSDECT對結(jié)石主要成分的鑒別能力更具臨床意義。

本研究的局限性主要有以下幾點(diǎn)：①尿酸和非草酸鈣結(jié)石數(shù)量較少，這與我國尿酸和非草酸鈣結(jié)石患病率相對較低有關(guān)，尚需擴(kuò)大樣本進(jìn)一步驗(yàn)證；①對非尿酸結(jié)石的區(qū)分，僅鑒別了草酸鈣和非草酸鈣結(jié)石，未對其他非尿酸結(jié)石如胱氨酸、羥基磷灰石等成分進(jìn)行分析；③輻射劑量相對較高(8.66 mSv)，患者進(jìn)行腹盆CT平掃檢查的主要目的是完善術(shù)前評估、除外手術(shù)禁忌，而并非僅針對結(jié)石成分進(jìn)行分析，今后可先行低劑量腹盆平掃以確定結(jié)石位置，再僅針對結(jié)石行小范圍雙源雙能量掃描分析結(jié)石成分。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示，DSDECT可在治療前鑒別體內(nèi)結(jié)石的主要成分，能準(zhǔn)確區(qū)分尿酸和非尿酸結(jié)石，并進(jìn)一步在非尿酸結(jié)石中鑒別草酸鈣結(jié)石，為治療方案的選擇提供更多有價(jià)值的信息，避免不必要的手術(shù)。

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