能譜CT多參數(shù)成像評估膽結(jié)石成分的應(yīng)用價值

劉芳，胡鵬志，郭睿，馮智超，羅慕晴，聶唯，梁琪，劉晟

（中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院放射科，湖南長沙410013）

膽結(jié)石作為全球最常見的消化系統(tǒng)疾病之一，其患病率高達10%～15%[1]。隨著飲食西方化、生活節(jié)奏加快，膽結(jié)石的發(fā)病率處于持續(xù)上升的狀態(tài)，并且術(shù)后膽管結(jié)石復(fù)發(fā)率較高[2]。膽結(jié)石成分在不同程度上影響治療方案的選擇，有研究表明，熊去氧膽酸等藥物治療對膽固醇結(jié)石的溶解率可達82%，而對非膽固醇結(jié)石如膽色素和含碳酸鈣結(jié)石的效果較差[3]；保膽碎石取石對不同成分結(jié)石所需能量和次數(shù)不同，陽性結(jié)石所需沖擊波次數(shù)更多[4]；不同成分的結(jié)石感染菌群和生活方式干預(yù)亦有差異[5-6]。因此，膽結(jié)石成分檢測對疾病治療和預(yù)防起著關(guān)鍵性作用。目前膽結(jié)石成分檢測均為術(shù)后體外分析，無法為非手術(shù)治療或術(shù)前診療提供幫助。能譜CT 已應(yīng)用于鑒別物質(zhì)成分，但其分析體內(nèi)膽結(jié)石成分的研究較少，因此，本研究主要探索能譜CT 多參數(shù)成像評估膽固醇結(jié)石和非膽固醇結(jié)石的應(yīng)用價值，為臨床確定不同類型結(jié)石提供理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月—2018年6月中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院肝膽外科術(shù)后膽結(jié)石125 枚。其中，膽管結(jié)石45 枚，膽囊結(jié)石80 枚，結(jié)石直徑均＞3 mm，將所有結(jié)石隨機統(tǒng)一編號，每次隨機選取1 枚結(jié)石，置入豬肝內(nèi)部（盡量排除空氣），并完全浸于盛有生理鹽水的水箱中，模擬體內(nèi)環(huán)境。選取2018年6月—2019年7月超聲診斷為膽結(jié)石患者80 例。其中，男性36 例，女性44 例；年齡20～75 歲，中位年齡為51 歲，于術(shù)前2d內(nèi)行CT 能譜模式檢查，所有患者知情并同意。排除有膽道蛔蟲等寄生蟲病史患者、術(shù)后無結(jié)石或結(jié)石直徑＜3 mm 及圖形質(zhì)量不佳患者。術(shù)后共收集結(jié)石86 枚，其中膽管結(jié)石22 枚，膽囊結(jié)石64 枚。

1.2 方法

1.2.1 掃描方式所有體外結(jié)石和膽結(jié)石患者均進行GE Revolution 256 排多層螺旋CT 掃描并重建普通螺旋CT（120 kvp like 混合能量）的圖像，掃描參數(shù)如下：GSI （gemstone spectral imaging） 模式，管電壓（80 kVp/140 kVp）切換，管電流195 mA，螺距0.516，球管轉(zhuǎn)速0.6 s/周，探測器準(zhǔn)直64×0.625 mm，矩陣512×512，顯示野8 cm，重建層厚0.625 mm。

1.2.2 圖像處理和分析所有能譜數(shù)據(jù)均傳至GE AW4.6 工作站，由2 位有工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師在不知結(jié)石成分的情況下手工選取膽結(jié)石的感興趣區(qū)（region of interest,ROI），ROI 為選取膽結(jié)石最大層面橫截面積的2/3。在GSI 后處理平臺上，選擇腹部軟組織窗（窗寬260 HU/窗位60 HU），測量所有體內(nèi)外結(jié)石的單能量40 keV、100 keV 時結(jié)石CT值（HU40keV、HU100keV）、有效原子序數(shù)（Eff-Z）、普通螺旋CT 值（HU120kVplike）并計算40～100 KeV能量區(qū)間能譜衰減曲線斜率（K），K=（HU40keVHU100keV）/60。每枚結(jié)石測量3 次并取平均值作為最后結(jié)果。

1.2.3 膽結(jié)石成分分析將膽結(jié)石置于烤箱中低溫烘干，盡量保持膽結(jié)石的完整性，將整顆膽結(jié)石充分研磨并混和均勻，取少量結(jié)石粉末按比例1∶20加入溴化鉀，用壓片機壓制成薄片，用于傅立葉紅外光譜分析儀檢測，每枚結(jié)石取樣時取2 次，重復(fù)檢測，經(jīng)電腦繪制圖譜后，自動解析圖譜并生成膽結(jié)石成分報告，根據(jù)膽結(jié)石成分分為膽固醇結(jié)石組和非膽固醇結(jié)石組（包括膽色素結(jié)石和碳酸鈣結(jié)石以及含多種成分的混合結(jié)石）。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件。計量資料以中位數(shù)和四分位數(shù)[M（P25，P75）]表示，兩組各參數(shù)采用秩和檢驗；計數(shù)資料符合程度的判斷用Kappa一致性檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。多因素Logistic 回歸分析篩選影響因素，并繪制ROC 曲線。能譜CT 各參數(shù)預(yù)測膽結(jié)石成分結(jié)果與紅外光譜結(jié)果比較采用Kappa 一致性檢驗，比較各參數(shù)評估膽結(jié)石成分的準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果

2.1 體外膽固醇結(jié)石和非膽固醇結(jié)石的各參數(shù)結(jié)果及分析

2.1.1 能譜CT各參數(shù)結(jié)果紅外光譜分析結(jié)果顯示膽固醇結(jié)石組56 枚，非膽固醇結(jié)石組69 枚，兩組膽結(jié)石 HU40keV、HU100keV、Eff-Z、K值和HU120kVplike的比較，經(jīng)秩和檢驗，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）； 非膽固醇結(jié)石組的HU40keV、HU100keV、Eff-Z、K值和HU120kVplike高于膽固醇結(jié)石組。見表1 和圖1。

表1 膽固醇結(jié)石組與非膽固醇結(jié)石組各參數(shù)的比較[M（P25，P75）]

2.1.2 多因素logistic 回歸分析以是否為膽固醇結(jié)石為因變量，逐步回歸法用于篩選自變量，最終進入回歸模型中的變量僅為（95% CI：5.38，29.35）]，結(jié)果顯示僅Eff-Z 是膽固醇和非膽固醇結(jié)石的影響因素。

2.1.3 ROC 曲線分析結(jié)果Eff-Z 鑒別膽固醇結(jié)石ROC 曲線下面積為0.962 （95% CI： 0.928，0.997），其特異性和敏感性分別為91.1%（95% CI：0.804，0.970）、94.2% （95% CI：0.858，0.984），相應(yīng)的截斷值為7.27。而普通螺旋CT 值鑒別膽固醇結(jié)石ROC 曲線下面積為0.873（95% CI：0.798，0.928），其特異性和敏感性分別為80.6%（95% CI：0.691，0.892）、89.4% （95% CI：0.769，0.965），截斷值為39 HU。見圖2。

圖2 Eff-Z和HU120 kvp like鑒別膽固醇結(jié)石和非膽固醇結(jié)石的ROC曲線圖

2.2 能譜CT和普通螺旋CT預(yù)測體內(nèi)膽固醇結(jié)石和非膽固醇結(jié)石

紅外光譜分析儀獲取86 枚膽結(jié)石成分，結(jié)果顯示膽固醇結(jié)石36 枚、非膽固醇結(jié)石50 枚。根據(jù)能譜參數(shù)Eff-Z ＜7.27 為膽固醇結(jié)石，Eff-Z ≥7.27為非膽固醇結(jié)石，獲得能譜CT預(yù)測膽固醇結(jié)石35枚，非膽固醇結(jié)石51 枚（見圖1）。能譜CT 預(yù)測膽固醇結(jié)石、非膽固醇結(jié)石的準(zhǔn)確率分別為88.9%（95%CI：0.739，0.968）、94.0%（95% CI：0.835，0.988），總準(zhǔn)確率為91.86%（79/86）（95% CI：0.831，0.967）（見表2）。依據(jù)普通螺旋CT 值＜39 HU 為膽固醇結(jié)石，CT值≥39 為非膽固醇結(jié)石，獲得普通螺旋CT 預(yù)測膽固醇結(jié)石、非膽固醇結(jié)石的準(zhǔn)確率分別為86.1%（95% CI：0.705，0.953）、72.0%（95% CI：0.575，0.838），總準(zhǔn)確率為77.9%（67/86）（95% CI：0.690，0.872）（見表3）。經(jīng)Kappa 一致性檢驗，能譜CT 預(yù)測膽結(jié)石成分結(jié)果與紅外光譜分析結(jié)果具有較高的一致性（κ =0.832，P=0.000）。而普通螺旋CT 預(yù)測膽結(jié)石成分結(jié)果與紅外光譜分析結(jié)果一致性一般（κ =0.561，P=0.000）。

圖1 體內(nèi)外膽固醇結(jié)石和非膽固醇結(jié)石的Eff-Z和能譜衰減曲線圖

表2 紅外光譜分析和能譜CT成像對膽固醇結(jié)石和非膽固醇結(jié)石的診斷結(jié)果比較 例

表3 紅外光譜分析和普通螺旋CT成像對膽固醇結(jié)石和非膽固醇結(jié)石的診斷結(jié)果比較 例

3 討論

目前符合手術(shù)指征的膽結(jié)石患者首選手術(shù)治療如腹腔鏡下膽囊切除術(shù)[7]，然而具有中轉(zhuǎn)開腹手術(shù)、膽囊切除術(shù)后綜合征的風(fēng)險，術(shù)后降低患者生活質(zhì)量，且膽管結(jié)石復(fù)發(fā)率可高達5%～20%[2]。研究表明膽囊缺失可導(dǎo)致腸道微生物改變從而增加結(jié)直腸癌的發(fā)病率[8]。隨著各種有效溶石和阻止結(jié)石形成藥物的出現(xiàn)，藥物治療成為治療膽結(jié)石的重要組成部分，而膽固醇結(jié)石的有效溶石率最高，針對非手術(shù)治療患者，特別是對于有高危風(fēng)險和年齡較小的患者，結(jié)石成分分析結(jié)果能指導(dǎo)藥物治療方案制訂，為有保膽意愿的患者帶來希望，同時減少膽囊缺失引起的諸多并發(fā)癥。臨床最常用的螺旋CT 為混合能量成像，單一參數(shù)CT 值反映物質(zhì)密度的高低，在判斷結(jié)石成分時存在較大的主觀性，且鑒別結(jié)石成分時CT 值會相互重疊[9]。能譜CT 具有單能量成像、K和Eff-Z 等多種參數(shù)成像，可定量、定性分析物質(zhì)成分[10]，被廣泛運用于腎結(jié)石的分型、肺癌、胃癌的亞型[11-13]等研究領(lǐng)域。因此，能譜CT 多參數(shù)成像為評估膽結(jié)石成分提供可能性。

體外實驗結(jié)果表明能譜CT 成像可以鑒別膽固醇結(jié)石和非膽固醇結(jié)石。膽固醇結(jié)石HU40keV均為負值，隨單能量keV 升高膽固醇結(jié)石的CT 值緩慢增加，能譜衰減曲線呈平緩上升型，其Eff-Z 小于非膽固醇結(jié)石，并與脂肪的Eff-Z （Eff-Z脂肪=6.22）近似，可能與結(jié)石中大量膽固醇成分有關(guān)，YANG等[14]在體內(nèi)實驗表明膽固醇結(jié)石在脂基物質(zhì)上顯示最為清晰，此外CHEN 等[15]報道了選擇單能量40 keV 可明顯提高膽固醇結(jié)石的檢出率，本研究采用多因素Logistic 回歸分析結(jié)果顯示HU40keV并非預(yù)測膽固醇結(jié)石獨立影響因素，可能與CT 值容易受到掃描參數(shù)、結(jié)石周圍膽汁中色素、膽固醇結(jié)晶以及鈣等多種因素干擾有關(guān)，而Eff-Z 水平作為鑒別膽結(jié)石成分的唯一獨立影響因素，提示Eff-Z更有利于膽固醇結(jié)石的識別，分析其原因可能是由于Eff-Z 是能譜參數(shù)中鑒別無機物成分的精確分析方法[10]，其可以直接反映感興趣區(qū)無機物的性質(zhì)，達到精準(zhǔn)分析的目的；而非膽固醇結(jié)石HU40keV、HU100keV均為正值，能譜衰減曲線呈平緩下降型，其Eff-Z 高于膽固醇結(jié)石，可能與非膽固醇結(jié)石中含有金屬成分如Ca、Cu 和Fe 元素有關(guān)[16]，這與既往研究含鈣量高的腎結(jié)石Eff-Z 較大相符合[17]，此外張子田等[18]采用寶石能譜CT 分析54 枚離體膽結(jié)石成分，結(jié)果表明非膽固醇結(jié)石的Eff-Z較膽固醇結(jié)石大，與本研究體外實驗結(jié)果相一致，本研究優(yōu)勢在于膽結(jié)石樣本量大，且采用回歸分析篩選出獨立預(yù)測因素Eff-Z 并根據(jù)ROC 曲線下面積獲得鑒別是否為膽固醇結(jié)石的截斷值7.27，隨后將其應(yīng)用于后面的體內(nèi)驗證研究，具有更高的真實性和可靠性。

體內(nèi)驗證結(jié)果表明能譜CT 成像較為準(zhǔn)確地預(yù)測體內(nèi)結(jié)石成分。能譜CT 多參數(shù)成像預(yù)測膽固醇、非膽固醇結(jié)石的準(zhǔn)確率分別為88.9%、94.0%，其總準(zhǔn)確率為91.86%（79/86），與紅外光譜分析結(jié)果具有較高一致性。與普通螺旋CT（120 kVp like 混合能量）比較，能譜CT 總準(zhǔn)確率明顯得到提高，且以非膽固醇結(jié)石的準(zhǔn)確率提高為著，分析其原因可能是以膽固醇含量為主的混合結(jié)石被普通螺旋CT預(yù)測為膽固醇結(jié)石所致，而能譜CT 在鑒別物質(zhì)成分時更細微、精準(zhǔn)。本研究能譜CT 診斷膽固醇結(jié)石32 枚，誤診為非膽固醇結(jié)石3 枚，誤診的原因可能是非膽固醇結(jié)石中膽色素成分或碳酸鈣的含量太少，而紅外光譜分析時取充分研磨后結(jié)石的小部分，可能未取到膽色素或碳酸鈣成分導(dǎo)致結(jié)果誤差，漏診非膽固醇結(jié)石4 枚，可能與部分非膽固醇結(jié)石的非均勻性、ROI 選取層面有關(guān)，需進一步研究證實。

本研究的局限性：①體外實驗為收集125 例膽結(jié)石，具有一定代表性，但總樣本量仍偏少；②紅外光譜分析結(jié)果作為膽結(jié)石成分的參考標(biāo)準(zhǔn)，無法獲得膽結(jié)石中成分的具體含量；③本研究未對非膽固醇結(jié)石進行細化分類，有待擴大樣本量進一步細化研究。

綜上所述，能譜CT 成像可較為準(zhǔn)確地評估膽結(jié)石成分，尤其是Eff-Z最佳，且優(yōu)于普通螺旋CT掃描，能譜CT 成像為評估膽結(jié)石類型提供新的方法，為臨床治療提供理論依據(jù)。