離體膽結(jié)石成分能譜CT分析

張子田，李松柏*，韓向軍，王 洋，王嘉奇

(1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110001；2.中國醫(yī)科大學(xué)公共基礎(chǔ)學(xué)院化學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110001)

膽結(jié)石病是我國較為常見的胃腸道疾病之一，在部分地區(qū)其發(fā)病率呈上升趨勢[1]。膽結(jié)石形成原因復(fù)雜，涉及膽汁代謝、遺傳、不良生活習(xí)慣及炎癥感染等方面[2]。對于膽結(jié)石病的影像學(xué)檢查方法多樣，但多局限于診斷膽結(jié)石病，而對膽結(jié)石成分本身的研究則較少?，F(xiàn)階段臨床治療膽結(jié)石主要以膽囊切除術(shù)為主，存在膽汁反流性胃炎、膽管損傷、消化道腫瘤發(fā)病率升高、膽總管結(jié)石發(fā)病率增加及易出現(xiàn)假性動脈瘤等問題[3-4]，尋求更加安全、禁忌證少、損傷小的治療方法是必然趨勢，尤其對于部分由于各種原因難以接受膽囊切除術(shù)的患者，采用介入手段對膽結(jié)石進行膽囊內(nèi)溶石的保膽治療將是很好的治療方法。由于部分膽結(jié)石為分層結(jié)構(gòu)，且對不同成分結(jié)石所使用的溶石劑不同，分析膽結(jié)石成分十分必要。目前對于在體膽結(jié)石的分析方法罕有報道。本研究收集54枚離體膽結(jié)石進行能譜CT掃描，使用紅外光譜分析測定結(jié)石成分，探討能譜CT圖像及參數(shù)與膽結(jié)石成分的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2017年1—12月54例于我院接受膽囊切除術(shù)患者的塊狀膽囊結(jié)石，共54枚。排除直徑<0.5 cm結(jié)石及膽囊切除術(shù)中及術(shù)后出現(xiàn)破損的結(jié)石。

1.2 儀器與方法 將結(jié)石分別放入直徑1.5 cm、長度5.5 cm的試管，填充生理鹽水(模擬膽汁)并排空氣泡，以隨機數(shù)表法編號，并將試管放入充滿生理鹽水的水模中，以僅充滿生理鹽水的試管作為空白對照。

采用GE Discovery CT 750HD寶石能譜CT機，電壓為高低能量(80 kVp/140 kVp)瞬時(0.5 ms)切換，螺距0.984∶1，螺旋掃描速度0.6秒/圈，矩陣512×512。

1.3 圖像分析 將圖像導(dǎo)入GE AW 4.6工作站，利用基物質(zhì)圖像和單能量圖像獲得結(jié)石邊緣與試管中生理鹽水對比度最佳的圖像，分別于軸位、冠狀位及矢狀位結(jié)石最大層面勾畫ROI，對于均質(zhì)結(jié)石盡量靠近結(jié)石內(nèi)部選擇ROI，對非均質(zhì)結(jié)石則先分層測量，再測量整個結(jié)石的ROI，盡量避免結(jié)石邊緣導(dǎo)致的部分容積效應(yīng)。所取ROI面積3.66～83.00 mm2，平均26.93 mm2。將40～100 keV的CT值均值定義為結(jié)石的平均CT值，測量3次取均值；計算CT值斜率和鈣水比值(calcium-water ratio, CWR)：斜率=(40 keV CT值-100 keV CT值)/60，CWR=鈣基圖值/水基圖值；直接獲得能譜曲線及有效原子序數(shù)(effective atomic number, Zeff)。

1.4 結(jié)石成分分析與分組 采用傅立葉紅外光譜檢測結(jié)石的主要成分，利用結(jié)石內(nèi)有效物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)品制定標(biāo)準(zhǔn)曲線，OMNIC軟件確定有效成分特征吸收峰的位置，并將光譜分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對照，最終確定結(jié)石的主要成分，測量有效成分的峰高。根據(jù)紅外光譜分析，將結(jié)石主要成分分為膽固醇、膽紅素鈣、碳酸鈣及硬脂酸鈣。

將僅含膽固醇特征峰的結(jié)石歸為純膽固醇結(jié)石組；含有其他成分特征峰的膽結(jié)石歸為非純膽固醇結(jié)石組，其中含有硬脂酸鈣特征峰的結(jié)石歸為硬質(zhì)酸鈣結(jié)石亞組，含有膽紅素且不含硬脂酸鈣的結(jié)石歸為膽紅素鈣結(jié)石亞組，含有碳酸鈣特征峰的結(jié)石歸為碳酸鈣結(jié)石亞組[5-6]。此外，根據(jù)能譜CT所見將純膽固醇結(jié)石組分為均質(zhì)和非均質(zhì)膽固醇結(jié)石亞組。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 25.0統(tǒng)計分析軟件對各組能譜CT參數(shù)進行正態(tài)分析，符合正態(tài)分布的資料以±s表示，非正態(tài)分布的資料以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示；對純膽固醇組和非純膽固醇組、硬質(zhì)酸鈣和膽紅素鈣結(jié)石亞組能譜CT參數(shù)行Mann-WhitneyU檢驗；繪制ROC曲線，獲得AUC及鑒別純膽固醇及非純膽固醇結(jié)石的閾值，計算敏感度、特異度、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值和診斷準(zhǔn)確率。采用Medcalc統(tǒng)計分析軟件，采用DeLong法比較各參數(shù)用于鑒別純膽固醇及非純膽固醇結(jié)石的AUC；P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

54枚結(jié)石中，純膽固醇結(jié)石組32枚，其中均質(zhì)膽固醇結(jié)石亞組20枚、非均質(zhì)膽固醇結(jié)石亞組12枚；非純膽固醇組22枚，其中硬質(zhì)酸鈣結(jié)石亞組6枚、膽紅素鈣結(jié)石亞組13枚、碳酸鈣結(jié)石亞組3枚。因碳酸鈣結(jié)石亞組結(jié)石樣本數(shù)少，未納入數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

均質(zhì)膽固醇結(jié)石能譜CT曲線呈稍平緩的升高、下降型(圖1)；非均質(zhì)膽固醇結(jié)石內(nèi)核能譜CT曲線呈弓背向上的弧形，外殼呈稍平緩的升高、下降型(圖2)；膽紅素鈣結(jié)石呈弓背向下型(圖3)；碳酸鈣結(jié)石呈較陡的弓背向下型(圖4)；膽固醇、碳酸鈣混合結(jié)石內(nèi)核呈典型的弓背向上型，外部呈較陡的弓背向下型(圖5)；硬脂酸鈣結(jié)石則呈弓背向下型曲線(圖6)。

純膽固醇結(jié)石組與非純膽固醇結(jié)石組、均質(zhì)膽固醇結(jié)石亞組與膽紅素鈣結(jié)石亞組CT值、Zeff、斜率、CWR差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(U=70.00、46.00、31.00、41.00，48.00、27.00、25.00及34.00，P均<0.01)；其余組別比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；見表1。

各能譜參數(shù)鑒別診斷純膽固醇與非純膽固醇結(jié)石的效能見表2，ROC曲線見圖7。AUC差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，各能譜參數(shù)的診斷效能均較好。

3 討論

關(guān)于膽固醇結(jié)石成分的CT研究較少，基于普通混合能量CT對膽結(jié)石成分的研究[7-8]參數(shù)單一。Kim等[7]認(rèn)為虛擬平掃CT診斷膽結(jié)石有中等程度準(zhǔn)確率，對檢出膽結(jié)石有重要價值；Lee等[8]采用CT虛

表1 各組膽結(jié)石相關(guān)能譜參數(shù)

表2 能譜CT各參數(shù)鑒別診斷純膽固醇與非純膽固醇結(jié)石的效能

圖1 均質(zhì)膽固醇結(jié)石 A.能譜CT表現(xiàn); B.能譜曲線呈稍平緩的升高、下降型 圖2 非均質(zhì)膽固醇結(jié)石 A.能譜CT表現(xiàn); B.能譜曲線示內(nèi)核呈弓背向上的弧形，外殼呈稍平緩的升高、下降型 圖3 膽紅素鈣結(jié)石 A.能譜CT表現(xiàn); B.能譜曲線弓背向下型 圖4 碳酸鈣結(jié)石 A.能譜CT表現(xiàn); B.能譜曲線接近純鈣物質(zhì)，呈較陡的弓背向下型

圖5 膽固醇、碳酸鈣混合結(jié)石 A.能譜CT表現(xiàn); B.能譜曲線示內(nèi)核呈典型的弓背向上型，外部呈較陡的弓背向下型 圖6 硬脂酸鈣結(jié)石 A.能譜CT表現(xiàn); B.能譜呈弓背向下型曲線

圖7 各能譜參數(shù)鑒別純膽固醇結(jié)石與非純膽固醇結(jié)石的ROC曲線

擬平掃和真實平掃，發(fā)現(xiàn)虛擬平掃診斷膽固醇結(jié)石的敏感度大于真實平掃，但對于鈣類結(jié)石的診斷敏感度低于真實平掃。Chen等[9]研究發(fā)現(xiàn)能譜圖像(40 keV、140 keV、鈣基質(zhì)和脂基質(zhì)圖像)的結(jié)石能見度與普通混合能量CT有明顯差異，本研究結(jié)果與之較為相符，提示根據(jù)不同單能量CT圖像可明確診斷多數(shù)膽結(jié)石。

臨床對均質(zhì)膽固醇結(jié)石和膽紅素鈣結(jié)石需要采用不同的溶石劑，因此明確結(jié)石成分對于治療結(jié)石十分關(guān)鍵。目前鮮見采用雙能量CT研究膽結(jié)石成分的報道。Bauer等[10]采用雙源CT對膽結(jié)石成分進行體外研究，以紅外光譜結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)通過雙能量成像可準(zhǔn)確獲得膽固醇結(jié)石(膽固醇成分多于70%且無鈣質(zhì)成分)的CT值，且采用CT值鑒別純膽固醇與非純膽固醇結(jié)石的敏感度為95%，特異度為100%，與本研究的結(jié)果相近，但Bauer等[10]研究采用雙源CT，而本研究采用能譜CT，可獲得較CT值更多的參數(shù)，如Zeff、能譜曲線等，并一次性獲得從40～140 keV的單能量圖像。此外，Bauer等[10]研究的純膽固醇結(jié)石為均質(zhì)結(jié)石，而本研究將膽固醇結(jié)石分為均質(zhì)結(jié)石及有內(nèi)核和外殼的非均質(zhì)結(jié)石。雖然均質(zhì)和非均質(zhì)膽固醇結(jié)石紅外光譜特征峰基本相同，但本組均質(zhì)膽固醇結(jié)石能譜曲線較為平緩，非均質(zhì)膽固醇結(jié)石的內(nèi)核呈弓背向上的弧形曲線，而外殼曲線特征則與均質(zhì)膽固醇結(jié)石較接近。本研究發(fā)現(xiàn)含低密度內(nèi)核及稍高密度外殼的結(jié)石均為非均質(zhì)膽固醇結(jié)石；能譜曲線呈弓背向上者則均為膽固醇結(jié)石。本研究中碳酸鈣結(jié)石亞組的Zeff及能譜曲線均接近已知純物質(zhì)鈣，但因數(shù)量少，未進行統(tǒng)計學(xué)分析，值得進一步研究。本研究中均質(zhì)膽固醇結(jié)石亞組中部分結(jié)石的能譜曲線呈下降型，與膽紅素鈣結(jié)石亞組的能譜曲線出現(xiàn)部分重疊，但其能譜CT各參數(shù)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，可資鑒別。本研究膽紅素鈣結(jié)石亞組樣本量較小，有待擴大樣本量進一步觀察。

既往Voit等[11]采用雙能量CT掃描離體膽結(jié)石，但敏感度較低；其對膽結(jié)石僅根據(jù)大體病理學(xué)分類，未進行相關(guān)檢測。本研究所得純膽固醇及非純膽固醇結(jié)石的ROC曲線表明，CT值、斜率、Zeff、CWR均有良好的診斷價值，敏感度和特異度均較高。

本研究的局限性：膽結(jié)石均為術(shù)后收集的標(biāo)本，未記錄患者相關(guān)臨床病史及信息；在未觀察CT圖像的情況下直接將結(jié)石壓碎，對分層結(jié)構(gòu)無法逐一確認(rèn)各層成分；樣本量較小，部分結(jié)石類型數(shù)量少，可能存在偏倚。

總之，能譜CT可作為鑒別離體純膽固醇及非純膽固醇結(jié)石的有效方法，不同成分膽結(jié)石的能譜CT曲線存在差異，使得能譜CT對于膽結(jié)石成分分析有重要參考價值。