雙源CT雙能量成像在體分析膽囊結(jié)石成分研究

米利曉，孫建男，趙恒宇，趙 春，蔣延彬，王坤鵬，陳秀梅，王莉娜

(1.石家莊市第四醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，河北 石家莊 050011；2.大慶油田總醫(yī)院CT室，黑龍江 大慶 163000；3.牡丹江醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157011)

膽囊結(jié)石根據(jù)成分不同可大致分為膽固醇類結(jié)石、膽紅素鈣類結(jié)石、混合類結(jié)石及其他罕見(jiàn)類結(jié)石[1]。目前非手術(shù)療法已成為膽囊結(jié)石治療的重要組成部分，結(jié)石成分不同，所用治療方案及預(yù)防方案也不同[2-3]。普通螺旋CT鑒定結(jié)石成分價(jià)值有限[4-5]。雙源CT(dual source CT， DSCT)雙能量技術(shù)以不同能量X線同時(shí)照射組織，用以區(qū)分不同物質(zhì)對(duì)不同能量X線的衰減差別，可由此鑒別組織成分[6]。本研究探討采用DSCT雙能量成像分析在體膽囊結(jié)石成分的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2016年4月—2017年12月大慶油田總醫(yī)院經(jīng)臨床診斷且接受膽囊切除術(shù)的200例膽囊結(jié)石患者，男71例，女129例，年齡27～85歲，中位年齡56歲；排除膽囊結(jié)石最大徑<5 mm者和圖像質(zhì)量差、不能滿足分析要求者。對(duì)所有患者均于術(shù)前7天行DSCT掃描，術(shù)后2天內(nèi)以顯微紅外光譜分析結(jié)石標(biāo)本。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Somatom Definition Flash第二代雙源CT機(jī)。檢査前囑患者禁食8 h，并對(duì)患者進(jìn)行屏氣訓(xùn)練。選擇雙能腹部協(xié)議進(jìn)行掃描，掃描范圍自膈頂至肝下緣，膽囊腫大超出肝下緣時(shí)擴(kuò)大掃描范圍，直至包含完整膽囊。掃描參數(shù)：A球管電壓80 kV，管電流424 mAs，B球管電壓140 kV，管電流164 mAs，掃描時(shí)開(kāi)啟CARE Dose 4D，螺距0.7，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，掃描層厚5 mm，重建層厚0.75 mm，層間隔0.5 mm，卷積函數(shù)采用B30f medium smooth，融合因子0.3。

1.3 CT圖像分析 將圖像傳至Siemens Syngo MultiModality Workplace工作站，重建80 kV、140 kV及融合圖像，其中融合圖像由70%的140 kV和30%的80 kV圖像融合而成，相當(dāng)于常規(guī)120 kV圖像[7]。觀察3組圖像中的結(jié)石密度，均與同一患者膽汁密度比較，將融合圖像中未明確顯示(密度與膽汁相同)的結(jié)石定義為“陰性結(jié)石”，計(jì)算80 kV、140 kV圖像對(duì)膽囊陰性結(jié)石的檢出率。

在Viewing界面同時(shí)打開(kāi)80 kV和140 kV圖像，根據(jù)結(jié)石密度表現(xiàn)分為均一密度結(jié)石和混合密度結(jié)石。對(duì)均一密度結(jié)石，取最大徑層面中心1/2～2/3區(qū)域作為ROI，測(cè)量其80 kV、140 kV圖像的CT值；對(duì)混合密度結(jié)石分別測(cè)量不同密度區(qū)域，盡量保證80 kV、140 kV圖像的ROI在同一位置，每個(gè)區(qū)域測(cè)量3次，計(jì)算其平均值。計(jì)算CT值差值及CT值比值[8]，CT值差值=80 kV圖像CT值-140 kV圖像CT值，CT值比值=80 kV圖像CT值/140 kV圖像CT值。膽囊多發(fā)結(jié)石間成分無(wú)明顯差異[9]，故對(duì)多發(fā)結(jié)石患者取最大1枚納入研究。以相同方法計(jì)算膽汁的CT值差值。

1.4 顯微紅外光譜分析 采用Thermo Fisher Scientific Nicolet iN10TM顯微紅外光譜儀。收集結(jié)石標(biāo)本，以生理鹽水洗凈后晾干。對(duì)均一密度結(jié)石，于結(jié)石的邊緣、中心及邊緣與中心之間的中間區(qū)域分別取約1～2 mm3大小樣本進(jìn)行分析；對(duì)混合密度結(jié)石不同密度區(qū)均進(jìn)行3次取樣分析，取樣時(shí)盡可能與DSCT圖像中每個(gè)密度區(qū)的ROI位置相一致。將樣本固定于衰減全反射(attenuated total reflection， ATR)載物板，以ATR采集模式對(duì)樣本區(qū)域進(jìn)行定位，設(shè)計(jì)適當(dāng)采集參數(shù)及壓力模式，采集并保存樣本圖譜，計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)石圖譜進(jìn)行比對(duì)后產(chǎn)生分析報(bào)告，將樣本分為膽固醇成分、膽紅素鈣成分和罕見(jiàn)成分。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，2組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)分布者以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示。計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)、率或構(gòu)成比表示。以Kruskal-WallisH檢驗(yàn)比較不同成分結(jié)石間80 kV 圖像CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值和CT值比值的差異，組間兩兩比較采用Nemenyi檢驗(yàn)。以顯微紅外光譜分析結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，繪制ROC曲線評(píng)價(jià)80 kV圖像 CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值和CT值比值鑒別膽固醇類結(jié)石與非膽固醇類結(jié)石的效能。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

均一密度結(jié)石中，結(jié)石邊緣、中心及中間區(qū)域的顯微紅外光譜分析結(jié)果均一致，故取其中1個(gè)樣本納入研究。共對(duì)232個(gè)樣本行顯微紅外光譜分析，并測(cè)量其對(duì)應(yīng)CT值，其中129個(gè)樣本為膽固醇成分，59個(gè)為膽紅素鈣成分，44個(gè)為罕見(jiàn)成分(包括蛋白質(zhì)成分、軟脂酸鈣成分、羥基碳酸磷灰石成分等)，見(jiàn)圖1～3。200例中，DSCT顯示均一密度結(jié)石171例，其中101例為膽固醇類結(jié)石，70例為膽紅素鈣類結(jié)石；混雜密度類結(jié)石29例。

2.1 DSCT對(duì)膽囊陰性結(jié)石的檢出率 在101例膽固醇類結(jié)石中，90例在融合圖像中顯示為陰性。90例陰性結(jié)石中，80 kV圖像檢出80例，表現(xiàn)為低密度，檢出率為88.89%(80/90)；140 kV圖像檢出69例，表現(xiàn)為高密度，檢出率為76.67%(69/90)，見(jiàn)表1；聯(lián)合80 kV和140 kV圖像，檢出率為100%(90/90)。陰性結(jié)石的CT值差值為(-36.61±7.64)HU，膽汁為 (-0.89±2.33)HU，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-42.427，P<0.001)。

表1 膽囊陰性結(jié)石在80 kV圖像和140 kV圖像密度表現(xiàn)(例)

2.2 不同結(jié)石成分CT值比較 膽固醇成分結(jié)石的80 kV 圖像CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值、CT值比值均低于膽紅素鈣成分及罕見(jiàn)成分結(jié)石(P均<0.05)，而膽紅素鈣與罕見(jiàn)成分結(jié)石間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見(jiàn)表2。

2.3 CT值對(duì)膽固醇類與非膽固醇類結(jié)石的診斷效能 80 kV 圖像CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值、CT值比值對(duì)膽固醇類與非膽固醇類結(jié)石的診斷效能見(jiàn)表3，其中80 kV圖像 CT值和CT值差值診斷膽固醇類與非膽固醇類結(jié)石的敏感度和特異度均為100%。

3 討論

顯微紅外光譜法取材方便，分析速度快，敏感度和可重復(fù)性高，已成為目前分析體外結(jié)石成分的最佳方法。本研究以顯微紅外光譜分析作為膽囊結(jié)石成分分析的金標(biāo)準(zhǔn)[10-11]。

隨成分不同，膽囊結(jié)石在CT圖像上可表現(xiàn)為低密度、等密度及高密度。常規(guī)CT較易診斷高密度及低密度結(jié)石，但極易漏診等密度結(jié)石[12]。傳統(tǒng)CT設(shè)備采用混合X線能量成像，計(jì)算出的CT值相當(dāng)于混合能量等效值，影響其對(duì)等密度病灶的檢出率[13]。本研究中80 kV和140 kV圖像聯(lián)合可檢出全部陰性結(jié)石，檢出率為100%，且陰性結(jié)石與膽汁間CT值差值的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-42.427，P<0.001)，提示雙能量成像中，等密度膽固醇類結(jié)石與膽汁因成分不同，隨管電壓改變顯示出不同衰減值，由此可加以區(qū)分。

目前國(guó)際上關(guān)于DSCT雙能量技術(shù)分析膽囊結(jié)石成分的研究[14-15]多限于體外研究，Voit等[14]對(duì)結(jié)石的灰階圖像進(jìn)行了分析，并未進(jìn)行CT值測(cè)量及比較，由于不同觀察者的視覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)不同，難以準(zhǔn)確、客觀地評(píng)價(jià)結(jié)石成分。本研究結(jié)果顯示膽固醇成分結(jié)石的80 kV 圖像CT值、140 kV圖像 CT值、CT值差值、CT值比值與非膽固醇成分結(jié)石(膽紅素鈣和罕見(jiàn)成分結(jié)石)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。膽固醇成分結(jié)石的80 kV圖像CT值與非膽固醇成分結(jié)石之間CT值無(wú)重疊，以62 HU作為診斷膽固醇成分的臨界值，其敏感度和特異度均為100%，提示其對(duì)鑒別診斷膽固醇類結(jié)石與非膽固醇類結(jié)石具有較高價(jià)值。

表2 不同結(jié)石成分間80 kV圖像 CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值、CT值比值比較[中位數(shù)(上下四分位數(shù))]

注：*：與膽固醇成分比較，P<0.05

表3 80 kV圖像 CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值、CT值比值鑒別膽固醇類與非膽固醇類結(jié)石的效能

圖1 患者女，46歲，膽囊膽固醇類結(jié)石 A.80 kV圖像，結(jié)石為低密度； B.140 kV圖像，結(jié)石為等密度； C.顯微紅外光譜分析圖示結(jié)石為膽固醇成分； D.結(jié)石標(biāo)本 圖2 患者女，52歲，膽囊膽紅素鈣類結(jié)石 A、B.分別為80 kV和140 kV圖像，結(jié)石均為高密度； C.顯微紅外光譜分析圖示結(jié)石為膽紅素鈣成分； D.結(jié)石標(biāo)本 圖3 患者男，49歲，膽囊混合類結(jié)石 A、B.分別為80 kV、140 kV圖像，結(jié)石均表現(xiàn)為外周稍高密度、中心更高密度； C.結(jié)石外周顯微紅外光譜分析圖示蛋白質(zhì)成分； D.結(jié)石中心顯微紅外光譜分析圖示膽紅素鈣成分

本研究對(duì)140 kV圖像以CT值70 HU為診斷膽固醇成分的臨界值，其敏感度和特異度分別為99.2%、92.2%；其中1個(gè)膽紅素鈣成分樣本的CT值為 49 HU，6個(gè)蛋白質(zhì)成分的CT值為52～73 HU，3個(gè)軟脂酸鈣成分的CT值為60～62 HU，均與膽固醇成分CT值有重疊，可能與上述膽紅素鈣及軟脂酸鈣成分樣本中含鈣量較低，且膽紅素、軟脂酸和蛋白質(zhì)成分在140 kV條件下與膽固醇成分衰減差別不大有關(guān)。

本研究膽固醇成分的CT值差值為-61～-14 HU，膽紅素鈣成分為19～501 HU，罕見(jiàn)成分為9～486 HU，膽固醇成分與非膽固醇成分間無(wú)重疊，以-2 HU作為診斷膽固醇成分的臨界值，其敏感度和特異度均為100%，可準(zhǔn)確鑒別膽固醇成分與非膽固醇成分結(jié)石。研究結(jié)果提示，結(jié)石中膽固醇成分的衰減值隨管電壓的增大而增大，而非膽固醇成分的衰減值隨管電壓的增大而減小。

Bauer等[7]在體外研究條件下獲得的純膽固醇類結(jié)石80 kV圖像的CT值為-1～-15 HU，140 kV圖像的CT值為17～29 HU，與本研究結(jié)果不同。究其原因：①Bauer等[7]雖然對(duì)體外環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)置，但與體內(nèi)環(huán)境仍有一定差異；②掃描參數(shù)設(shè)置不全相同；③樣本量不同，Bauer等[7]僅對(duì)35例結(jié)石的45個(gè)不同密度區(qū)進(jìn)行了雙能量分析；④未對(duì)CT值差值進(jìn)行研究，而CT值差值最能體現(xiàn)DSCT雙能量成像的原理及價(jià)值，即不同物質(zhì)隨管電壓改變而產(chǎn)生不同的衰減差別。

本研究的局限性主要在于罕見(jiàn)成分類樣本量較少，未能分別與類固醇類及膽紅素鈣類成分進(jìn)行對(duì)比分析，尚需擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究。

綜上所述，DSCT雙能量成像可明顯提高對(duì)陰性結(jié)石的檢出率，有效預(yù)測(cè)膽固醇成分與非膽固醇成分，為臨床選擇最佳治療方案提供參考依據(jù)。