定量CT紋理分析鑒別體內(nèi)泌尿系草酸鹽與非草酸鹽結(jié)石

鄒婷婷，張古沐陽，劉彥含，許梨梨，肖河，張寅生，金征宇，孫昊

泌尿系結(jié)石是一種全球性疾病，發(fā)病率高達(dá)10%～15%，治療后易復(fù)發(fā)，10年復(fù)發(fā)率可高達(dá)50%[1-2]。泌尿系結(jié)石是臨床上急腹癥患者比較常見的致病因素，結(jié)石的處理對于解決患者病痛有重要的臨床意義。不同成分的泌尿系結(jié)石臨床處理方法往往不同[3]，草酸鹽在泌尿系結(jié)石成分中最常見，約存在于90%的結(jié)石中，由于草酸鹽結(jié)石較硬、不易碎裂，所以體外沖擊波碎石術(shù)的療效較差[4]，應(yīng)積極進(jìn)行手術(shù)取石。術(shù)前無創(chuàng)性分析泌尿系結(jié)石的成分對于選擇治療方式、預(yù)防結(jié)石復(fù)發(fā)具有重要意義。CT紋理分析是一種新穎、無創(chuàng)、客觀的影像學(xué)后處理分析工具，能夠生成反映泌尿系結(jié)石異質(zhì)性的多參數(shù)指標(biāo)[5]，進(jìn)而給臨床提供重要的特征性信息，以發(fā)現(xiàn)泌尿系結(jié)石間存在的細(xì)微特征性差異。本研究利用定量CT紋理分析技術(shù)鑒別泌尿系草酸鹽與非草酸鹽結(jié)石，旨在評價(jià)其應(yīng)用于泌尿系結(jié)石成分鑒別的可行性。

材料與方法

1.病例資料

搜集本院2015年1月-2018年10月間60例泌尿系結(jié)石患者，泌尿外科手術(shù)取石后，應(yīng)用紅外光譜分析法測定取出結(jié)石的成分，其中草酸鹽結(jié)石和非草酸鹽結(jié)石各30例，結(jié)石長徑均大于7 mm。

2.檢查方法

泌尿外科手術(shù)取石前，采用西門子FLASH雙源雙能量CT(Siemens Somatom Definition，德國)行CT掃描，掃描范圍自雙腎上極至恥骨聯(lián)合水平，采取平掃、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(dòng)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7 mm，無間距掃描，重建層厚及層間距均為1 mm。

3.圖像處理與分析

圖像的選擇和測量:由兩位放射科醫(yī)師共同回顧性分析所選取的60例結(jié)石圖像，選取顯示結(jié)石最大層面的軸面圖像，測量結(jié)石最大長徑，并將圖像傳送至紋理軟件工作站。

紋理分析:由1位經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的放射科住院醫(yī)師使用TexRAD紋理分析軟件(TexRAD有限公司，www.texrad.com,part of Feedback Plc)對60個(gè)結(jié)石進(jìn)行CT紋理分析。進(jìn)行紋理分析之前，在每個(gè)選定的軸面圖像上，手動(dòng)沿著病灶輪廓內(nèi)約1～2 mm的距離勾畫感興趣區(qū)(ROI)，以減少周圍脂肪的混雜作用?？臻g比例因子(spatial scaling factor,SSF)表示由濾波器突出顯示的圖像特征的大小，對象之間的范圍半徑為0、2、3、4、5和6 mm，使用標(biāo)準(zhǔn)描述符對濾過和無濾過圖像中的像素值進(jìn)行量化。SSF 0代表無過濾處理的圖像特征，過濾值為SSF 2代表精細(xì)紋理的圖像特征，SSF 3-5代表中等紋理的圖像特征，SSF 6代表粗糙紋理的圖像特征。從直方圖分析得出一系列定量的紋理參數(shù)，包括平均灰度值(Mean，表示在感興趣區(qū)內(nèi)像素的平均值)、標(biāo)準(zhǔn)差(SD，表示與平均值間存在變化或離散度的量度)、熵(Entropy，表示像素強(qiáng)度分布的不規(guī)則性)、正性像素平均值(MPP，表示像素大于零的平均值)、偏度(Skewness，表示直方圖的不對稱性的度量方法)和峰度(Kurtosis，表示直方圖的銳度)[6]。圖1～2分別為1例草酸鹽結(jié)石和1例非草酸鹽結(jié)石的ROI及其對應(yīng)的紋理圖像。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

草酸鹽結(jié)石長徑為(11.28±3.22) cm，非草酸鹽結(jié)石長徑為(11.28±3.75) cm，兩者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=1.000)。

CT圖像上,草酸鹽結(jié)石與非草酸鹽結(jié)石的平均灰度值(Mean)在精細(xì)、中等及粗糙紋理圖像上(SSF 0～6)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),標(biāo)準(zhǔn)差(SD)在精細(xì)、中等及粗糙紋理圖像上(SSF 0～6)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),熵(Entropy)在精細(xì)、中等及粗糙紋理圖像上(SSF 0～6)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),正性像素平均值(MPP)在精細(xì)、中等及粗糙紋理圖像上(SSF 0～6)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),偏度(Skewness)在中等紋理圖像上 (SSF 3～5)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),峰度 (Kurtosis)在無濾過及精細(xì)紋理圖像上(SSF 0～2)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,表1)。

表1 紋理分析中兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)

圖1 左腎下盞草酸鹽結(jié)石。a)泌尿系結(jié)石CT圖像； b)精細(xì)紋理分析圖像；c)中等紋理分析圖像；d)粗糙紋理分析圖像。

討 論

隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)檢查技術(shù)的日益更新，泌尿系結(jié)石成分的無創(chuàng)分析方法越來越豐富，通過對體內(nèi)結(jié)石成分的分析，對臨床治療方法的選擇有一定的指導(dǎo)意義。多項(xiàng)研究表明雙能量CT可以在體無創(chuàng)分析泌尿系結(jié)石成分[7-9]，張古沐陽等[7]在前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)雙能量CT可以準(zhǔn)確區(qū)分體內(nèi)泌尿系尿酸鹽結(jié)石與非尿酸鹽結(jié)石，以及草酸鹽結(jié)石與非草酸鹽結(jié)石。但是雙能量CT設(shè)備昂貴，使其臨床應(yīng)用受限。定量紋理分析是一種近年來發(fā)展起來的無創(chuàng)、客觀的圖像后處理工具，根據(jù)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算分析得出圖像像素的分布規(guī)律及特征，從而反映出病變內(nèi)的異質(zhì)性和病變間的微小差異。本研究結(jié)果顯示，定量CT紋理分析中所提取的多個(gè)紋理特征參數(shù)可區(qū)分草酸鹽結(jié)石與非草酸鹽結(jié)石。

泌尿系結(jié)石根據(jù)其成分不同處理方式也不同，非草酸鹽結(jié)石主要包括胱氨酸、尿酸鹽及羥基磷灰石結(jié)石，胱氨酸結(jié)石及尿酸鹽結(jié)石都需要堿化尿液來溶解結(jié)石，因此多采用藥物治療。草酸鹽結(jié)石硬度較大，不適宜應(yīng)用體外沖擊波碎石，需要有創(chuàng)的外科手術(shù)及介入取石，鄧拓等[10]的研究表明CT值對于結(jié)石硬度的分析有一定局限性，結(jié)石硬度與CT值之間不存在邏輯相關(guān)性，因而從理論上來講，結(jié)石CT值與碎石時(shí)間之間亦不存在邏輯相關(guān)性 ，因此在體無創(chuàng)區(qū)分泌尿系草酸鹽與非草酸鹽結(jié)石成分可以指導(dǎo)臨床選擇有效的結(jié)石處理方法。本研究結(jié)果顯示草酸鹽結(jié)石的熵及偏度較非草酸鹽結(jié)石高，而非草酸鹽結(jié)石的峰度較草酸鹽結(jié)石高。多項(xiàng)研究表明[5，11]，區(qū)分結(jié)石的成分可提高體外沖擊波碎石療效，結(jié)石CT紋理參數(shù)中，熵對體外沖擊波碎石效果的預(yù)測能力高于結(jié)石體積或密度，這表明熵對結(jié)石的異質(zhì)性提供了額外信息。但本研究結(jié)果顯示兩種結(jié)石的熵值在各種紋理圖像上差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能與結(jié)石的層面及結(jié)石大小的選擇有一定關(guān)系。峰度與沖擊波碎石所需的治療次數(shù)呈負(fù)相關(guān)，峰度值越低，需要沖擊波碎石的次數(shù)越多，結(jié)石清除成功率越低。本研究結(jié)果顯示兩類結(jié)石的偏度在中等紋理圖上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，峰度在精細(xì)紋理圖像上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且草酸鹽結(jié)石的峰度值明顯低于非草酸鹽結(jié)石，與既往研究結(jié)果相互呼應(yīng)[5、11]，草酸鹽結(jié)石沖擊波碎石療效差，這與其峰度值低密切相關(guān)。泌尿系草酸鹽結(jié)石治療后的復(fù)發(fā)率高達(dá)60%～80%，因此在體無創(chuàng)分析結(jié)石的成分，并進(jìn)行有效的治療，有助于預(yù)防并降低結(jié)石的復(fù)發(fā)率[12]。

本研究存在以下局限性：①納入的病例數(shù)較少，有可能高估了單個(gè)紋理參數(shù)鑒別兩類結(jié)石的診斷效能，尚需擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究；②非草酸鹽結(jié)石可能含有多種成分，如羥基磷灰石、胱氨酸和尿酸鹽等，不同成分的比重可能影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，尚需擴(kuò)大樣本進(jìn)一步驗(yàn)證；③僅選取結(jié)石最大截面的單張軸面圖像進(jìn)行紋理分析，得到的紋理參數(shù)可能并未反映兩類結(jié)石紋理特征的全貌，所以今后還需通過3D紋理分析的方法提取整個(gè)結(jié)石的紋理信息來更全面評估紋理參數(shù)在鑒別結(jié)石方面的臨床應(yīng)用價(jià)值。

綜上所述，CT紋理分析對于鑒別泌尿系草酸鹽與非草酸鹽結(jié)石有一定意義，對于泌尿系結(jié)石手術(shù)方式的選擇等臨床治療方案的制定，有一定指導(dǎo)意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。

圖2 左腎盂非草酸鹽結(jié)石。a) 泌尿系結(jié)石CT圖像； b)精細(xì)紋理分析圖像；c)中等紋理分析圖像；d)粗糙紋理分析圖像。