雙源CT雙能量成像技術(shù)在腎結(jié)石定性分析中的應(yīng)用價(jià)值

代召剛 劉 斌 周 勇

腎結(jié)石是泌尿系統(tǒng)較為常見的一類疾病，可引起尿路梗阻、腎絞痛、急性腎盂腎炎等臨床表現(xiàn)，嚴(yán)重者可能引起敗血癥以及終末期腎病[1-3]。臨床治療中，腎結(jié)石成分的不同對(duì)治療方案的選擇有一定的影響[3]。因此，了解結(jié)石的成分對(duì)于疾病診治有重要意義。雙 源 CT（dual-source computed tomography，DSCT）雙能量成像技術(shù)通過在一次掃描過程中同時(shí)進(jìn)行高能量和低能量掃描，使其擁有了對(duì)電子密度相同但光子吸收能力不同結(jié)石的鑒別能力[4-6]。因此，通過DSCT對(duì)結(jié)石進(jìn)行定位的同時(shí)，可以獲得能量圖像，使得對(duì)結(jié)石成分的分析成為可能。本研究通過DSCT對(duì)離體腎結(jié)石成分進(jìn)行分析并以紅外光譜法結(jié)果作為對(duì)照，探討DSCT下分析結(jié)石相關(guān)數(shù)值及結(jié)果對(duì)結(jié)石成分定性的應(yīng)用價(jià)值。

方 法

1.臨床資料

收集我院腎結(jié)石患者的離體結(jié)石96例，其中男57例，女39例；年齡23～72歲，平均年齡為(47.3±12.4)歲。

2.結(jié)石樣本包埋

結(jié)石標(biāo)本使用蒸餾水沖洗干凈后放入烤箱內(nèi)烘干，編號(hào)備用。掃描前將結(jié)石標(biāo)本依次置入市售新鮮豬腎腎盂內(nèi)，輕揉結(jié)石部位使其與豬腎組織緊密貼合，并盡可能排出其中的空氣。將塑料針簽插入豬腎上極以作標(biāo)記，平行放置盛水容器中供CT掃描使用。

3.掃描儀器與方法

采用Siemens Somatom Definition DSCT進(jìn)行140kVp及80kVp雙能量掃描。X線A管電壓140kVp，有效電流 68mAs ；X 線B管電壓80kVp，有效電流374mAs，Pitch 0.7，探測(cè)器準(zhǔn)直20×0.6 mm，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5s，掃描野17cm×17cm，重建層厚0.75mm，重建間距0.50mm，卷積核B30f中度平滑，掃描獲得140kV、80kV圖像。

4.圖像分析

由2名高年資CT診斷醫(yī)師對(duì)圖像及數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立分析，意見不一致時(shí)請(qǐng)上級(jí)醫(yī)師綜合分析并達(dá)成共識(shí)。使用Siemens MMWP(軟件版本VE40B)工作站中進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量及結(jié)石類型分析。在Viewing軟件中采用同步勾畫法對(duì)結(jié)石數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量：同時(shí)導(dǎo)入80kV 和140kV圖像（窗寬 300HU，窗位45HU），取140kV 圖像結(jié)石最大面積的橫斷面圖像（距離結(jié)石邊緣內(nèi)約lmm 手工勾畫興趣區(qū)）測(cè)量雙能量下CT值，并計(jì)算取其平均值；興趣區(qū)（region of interest，ROI）自動(dòng)關(guān)聯(lián)到80kV，加權(quán)平均圖像的相同位置(圖1)。測(cè)量的CT值分別采用CT值140kV、CT值80kV表示。CT值差值= CT值80kVCT值140kV， CT 值 比 值 =CT 值80kV/CT 值l40kV，DEI=(CT值80kV-CT值140kV)/(CT值80kV+CT值140kV+2000)。斷層融合值=[(X低-33)/（X高-30)-1.15]×100。在Dual Energy軟件中進(jìn)行結(jié)石類型分析：將140 kV和80kV 圖像同時(shí)導(dǎo)入Dual energy軟件，在子菜單選擇Kidney stones，通過調(diào)整斜率（1.15，1.3，1.4）得到結(jié)石的彩色編碼圖像（圖2）。

5.結(jié)石測(cè)量及紅外光譜法分析

使用電子游標(biāo)卡尺（CD-6ASX，日本三豐，精度 0.01mm）測(cè)量結(jié)石最大徑， 并對(duì)大于1cm 結(jié)石進(jìn)行分割。處理后采用紅外光譜自動(dòng)分析儀（LIIR-20，天津藍(lán)莫德科學(xué)儀器有限公司）對(duì)結(jié)石成分進(jìn)行分析，將結(jié)石成分為草酸鈣，羥基磷灰石，無水尿酸及胱氨酸類納入分析研究。

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用 SPSS16.0對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)如不符合正態(tài)分布，采用中位數(shù)（P25，P75）進(jìn)行描述，采用 Kruskal-Wallis H 檢驗(yàn)比較不同類型腎結(jié)石經(jīng) DSCT 檢測(cè)的各指標(biāo)差異，兩兩比較采用Bonferroni 法；應(yīng)用受試者工作特征（ROC）曲線分析經(jīng) DSCT 檢測(cè)的各指標(biāo)對(duì)不同類型結(jié)石預(yù)測(cè)作用，計(jì)算各指標(biāo)在最佳臨界值處的靈敏度、特異度和約登指數(shù)。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.紅外光譜結(jié)石成分分析

所有離體結(jié)石經(jīng)紅外光譜分析后，結(jié)石成分見表1。由表可知，96例結(jié)石中，除3例為混合結(jié)石外，72例為草酸鈣結(jié)石，占75%，13例為尿酸結(jié)石，8例為羥基磷灰石結(jié)石，無胱氨酸結(jié)石檢出。

2.DSCT結(jié)石成分分析

本研究中共測(cè)量96例結(jié)石，3例混合結(jié)石數(shù)據(jù)未納入統(tǒng)計(jì)分析。將93例單純性成分結(jié)石經(jīng)DSCT檢測(cè)結(jié)石CT值差值、CT值比值、DEI和斷層融合值，比較尿酸結(jié)石、羥基磷灰石結(jié)石和草酸鈣結(jié)石三種類型各檢測(cè)指標(biāo)的差異，結(jié)果(表1)顯示三種結(jié)石各檢測(cè)指標(biāo)（CT值差值、CT值比值、DEI和斷層融合值）

兩兩間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=43.474，P＜0.001；χ2=44.958，P＜0.001；χ2=44.813，P＜0.001；χ2=44.872，P＜0.001）。

表1 不同腎結(jié)石的CT值差值、CT值比值、DEI和斷層融合值的比較分析

表2 經(jīng)DSCT檢測(cè)出各指標(biāo)對(duì)腎結(jié)石類型預(yù)測(cè)的靈敏度、特異度和曲線下面積

表3 不同成分腎結(jié)石經(jīng)DSCT雙能量成像技術(shù)檢測(cè)結(jié)果分析

圖1 結(jié)石CT值ROI勾畫及測(cè)量。

圖2 雙能量結(jié)石成分分析及Overlay值測(cè)量。

圖3 CT值差值、CT值比值、DEI和斷層融合值對(duì)腎結(jié)石類型預(yù)測(cè)的ROC曲線。A.草酸鈣結(jié)石；B.尿酸結(jié)石；C.羥基磷灰石結(jié)石。

3.CT值差值、CT值比值、DEI和斷層融合值對(duì)腎結(jié)石類型的預(yù)測(cè)價(jià)值

采用ROC曲線來分析經(jīng)DSCT檢測(cè)出的各指標(biāo)對(duì)不同類型腎結(jié)石的預(yù)測(cè)價(jià)值，見圖3。經(jīng)DSCT檢測(cè)出各指標(biāo)對(duì)腎結(jié)石類型預(yù)測(cè)的靈敏度、特異度、約登指數(shù)和曲線下面積見表2。由表可知，CT值差值、CT值比值、DEI和斷層融合值對(duì)草酸鈣結(jié)石和尿酸結(jié)石均有很好的預(yù)測(cè)價(jià)值，曲線下面積均＞0.95，靈敏度和特異度均＞90%。

4.DSCT雙能量成像技術(shù)對(duì)腎結(jié)石成分檢測(cè)結(jié)果分析

經(jīng)DSCT雙能量成像技術(shù)檢測(cè)，對(duì)于草酸鈣結(jié)石、尿酸結(jié)石、羥基磷灰石結(jié)石檢測(cè)的靈敏度分別為 97.2%、84.6%、75%， 特 異 度 分 別 為 90.5%、98.8%、100%， 準(zhǔn) 確 度 分 別 為 95.7%、96.8%、97.8%。詳見表 3。

討 論

腎結(jié)石是一種全球性的疾病，患病率約為10%～15%，治療后10年復(fù)發(fā)率可高達(dá)50%[7]，其病因復(fù)雜，發(fā)病機(jī)制與遺傳、代謝、內(nèi)分泌、飲食和生活習(xí)慣等多種因素具有相關(guān)性[8]。結(jié)石因不同大小、性質(zhì)、部位等因素會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不同的危害，而不同性質(zhì)的結(jié)石所采用的治療方案均有所不同，治療后針對(duì)性預(yù)防方案亦存在較大差異，因此了解結(jié)石的性質(zhì)對(duì)治療方案的選擇及治療后的預(yù)防有著積極的意義。

近年來體外沖擊波碎石術(shù)（extracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL）已成為治療泌尿系統(tǒng)結(jié)石的首選方法，不同性質(zhì)的結(jié)石其硬度及易碎程度均有所不同，其所選擇的沖擊波強(qiáng)度亦可進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，在保證碎石效果的同時(shí)盡可能減少和減輕術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生[9]，因此術(shù)前能夠明確結(jié)石的性質(zhì)對(duì)治療方案的選擇有著較為明確的意義。本研究參考以往文獻(xiàn)[9-10]的方法并做了進(jìn)一步改進(jìn)與探索，在單純性軟件偽彩肉眼直觀結(jié)果分析上，進(jìn)一步對(duì)結(jié)石各組圖像采用同步勾畫法進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，并進(jìn)行了CT值差值、CT值比值、DEI的量化結(jié)果分析，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)軟件模型計(jì)算方法進(jìn)行了校正，引入了“斷層融合值”，其量化結(jié)果更為直觀，且研究中三類結(jié)石數(shù)據(jù)表達(dá)更具差異性，尿酸類結(jié)石斷層融合值為（-18.0～-9.2），羥基磷灰石斷層融合值為（19.7～24.3），草酸鈣類結(jié)石斷層融合值為（33.2～39.0）。彌補(bǔ)了以往文獻(xiàn)報(bào)道所指出的小結(jié)石（直徑＜5mm）偽彩編碼異常，無法進(jìn)行結(jié)石性質(zhì)有效識(shí)別問題[11]。但本次研究中未納入混合性結(jié)石進(jìn)行研究，在后續(xù)研究中需加大樣本數(shù)量，總結(jié)數(shù)值特點(diǎn)，為混合型結(jié)石在量化值方面的特點(diǎn)作基礎(chǔ)性分析。

本研究采用紅外光譜法作為參照標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)結(jié)石直徑＞1cm結(jié)石采用分割法光譜分析，DSCT測(cè)量采用同步勾畫結(jié)石最大層面法，進(jìn)一步減小了因結(jié)石體積過大而造成的測(cè)量誤差。研究結(jié)果表明在尿酸結(jié)石、羥基磷灰石、草酸鈣結(jié)石中CT值差值、CT值比值、DEI和斷層融合值方面與光譜分析結(jié)果一致性較高，這與崔慎棟[2，11]等人的報(bào)道基本一致。但本研究中未收集到胱氨酸類結(jié)石標(biāo)本，需在進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)中作針對(duì)性分析研究。

本研究采用ROC曲線評(píng)估了經(jīng)DSCT檢測(cè)出的各指標(biāo)對(duì)于草酸鈣結(jié)石、尿酸結(jié)石和羥基磷灰石結(jié)石的預(yù)測(cè)價(jià)值，對(duì)于草酸鈣結(jié)石和尿酸結(jié)石，各相關(guān)指標(biāo)在ROC中曲線下面積均＞90%，而羥基磷灰石結(jié)石各指標(biāo)在ROC中曲線下面積均＜90%，這提示DSCT對(duì)草酸鈣結(jié)石和尿酸結(jié)石有很好的預(yù)測(cè)價(jià)值，對(duì)草酸鈣結(jié)石和尿酸結(jié)石靈敏度和特異度均在90%以上；這與程仲元等[12]利用數(shù)據(jù)庫多文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)雙能CT診斷在體泌尿系統(tǒng)尿酸鹽和草酸鹽結(jié)石Meta分析結(jié)果基本一致。而對(duì)于羥基磷灰石結(jié)石，特異度均為100%，但靈敏度不如草酸鈣結(jié)石、尿酸結(jié)石，這一方面與此類結(jié)石標(biāo)本數(shù)量較少有關(guān)，另一方面可能與羥基磷灰石結(jié)石與部分其他類結(jié)石電子對(duì)密度差異較小在本研究中采用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類別上有所重疊有關(guān)。在后續(xù)研究中將會(huì)加大樣本數(shù)量，并尋找不同的數(shù)據(jù)類別方法以進(jìn)一步提高鑒別靈敏度。

最后，本研究通過DSCT對(duì)結(jié)石成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：草酸鈣結(jié)石、尿酸結(jié)石和羥基磷灰石結(jié)石預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性分別為95.7%、96.8%和97.8%，這與之前文獻(xiàn)報(bào)道類似。王延?xùn)|等[13]根據(jù)已知成分的結(jié)石建立對(duì)照庫，然后應(yīng)用DSCT手段在術(shù)前原位進(jìn)行結(jié)石成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)尿酸結(jié)石和含鈣結(jié)石原位分析的準(zhǔn)確性分別為100%和86%，提示DSCT可能對(duì)腎結(jié)石進(jìn)行準(zhǔn)確的原位定性診斷。張玉嬌等[3]對(duì)57例進(jìn)行雙能量能譜CT掃描的尿路結(jié)石患者進(jìn)行回顧分析，結(jié)果提示雙能量能譜CT 通過有效原子序數(shù)結(jié)合直方圖診斷體內(nèi)純尿酸結(jié)石、純非尿酸結(jié)石、混合結(jié)石準(zhǔn)確性高，可準(zhǔn)確區(qū)分尿酸及非尿酸結(jié)石。另外，有文獻(xiàn)指出，術(shù)前雙源CT掃描成分分析能夠有效區(qū)分尿路結(jié)石化學(xué)成分，如尿酸結(jié)石、草酸鹽結(jié)石、磷酸鹽結(jié)石和胱氨酸結(jié)石，與紅外光譜結(jié)石分析結(jié)果有較好的一致性[14]。

本研究存在一定的局限性，首先，樣本量較小，結(jié)石主要以草酸鈣結(jié)石為主，羥基磷灰石結(jié)石很少，無胱氨酸結(jié)石；其次，本次研究是對(duì)離體腎結(jié)石建立水模后進(jìn)行DSCT檢測(cè)，而并非對(duì)腎結(jié)石進(jìn)行原位定性分析。后續(xù)研究中，在擴(kuò)大樣本量的同時(shí)積極探索DSCT在腎結(jié)石原位定性診斷中的價(jià)值，提高其診斷準(zhǔn)確度及臨床可信任性，為結(jié)石的治療和預(yù)防提供參考。

綜上所述，本次研究表明DSCT雙能量成像技術(shù)在離體腎結(jié)石成分分析中準(zhǔn)確度高，為DSCT雙能量成像技術(shù)應(yīng)用于腎結(jié)石原位定性診斷提供了一定的依據(jù)。

（致謝：感謝合肥市第一人民醫(yī)院集團(tuán)濱湖醫(yī)院影像科王自勇等同道和安徽醫(yī)科大學(xué)碩士研究生陳玲學(xué)長在研究期間給予的技術(shù)指導(dǎo)和幫助。）