雙源雙能量CT前瞻性分析體內泌尿系結石的主要成分

張古沐陽， 石冰， 薛華丹， 肖河， 張學斌， 孫昊， 金征宇

泌尿系結石是一種常見病且容易復發，患病率達10%～15%，10年復發率可高達50%[1-2]。泌尿系結石成分對患者的診治具有指導意義，尿酸結石可選擇堿化尿液的藥物溶石治療，而草酸鈣結石由于硬度較大，體外沖擊波碎石術療效差，應積極手術取石[3-4]。目前常用的泌尿系結石成分分析方法如紅外光譜分析、化學分析等均是術后體外分析方法，并不能指導治療方案的選擇。因而，一種能在治療前對體內泌尿系結石成分進行準確分析的方法具有重要的臨床價值。

平掃CT是評估泌尿系結石的重要影像學方法。有研究提出可通過測量結石平均CT值范圍來分析結石成分，但由于不同成分的結石CT值有部分重疊，該方法的診斷效能并不理想，沒有被臨床常規應用[5-7]。雙能量CT(Dual-energy CT，DECT)的出現為分析體內泌尿系結石成分提供了一種新方法。不同成分的泌尿系結石在不同管電壓條件下的X線衰減不同，利用相應的后處理軟件，雙源雙能量CT(Dual-source dual-energy CT，DSDECT)可分析出泌尿系結石的成分。不少研究已證實DECT能準確區分尿酸和非尿酸結石，但多為回顧性體外研究，前瞻性體內研究少且納入的結石數量少，此外，目前對DECT能否進一步區分非尿酸結石成分仍有爭議[8-15]。因而，有必要對應用DECT分析體內泌尿系結石成分作進一步的臨床研究。本研究前瞻性探討DECT能否在體內準確區分尿酸和非尿酸結石，并進一步在非尿酸結石中區分草酸鈣和非草酸鈣結石，結石成分的參考標準為術后體外紅外光譜分析法的測定結果。

圖1 Kidney Stones軟件界面。a) 參數設置界面，橫坐標為140kVp時的CT值，縱坐標為100kVp時的CT值，四個白色小圓圈從上至下分別代表草酸鈣、羥基磷灰石、胱氨酸及尿酸成分，Ratio代表斜率，Minimum和Maximum分別代表偽彩編碼識別的CT值上、下界值，Range代表平滑濾波范圍； b) 為一枚右腎下盞的草酸鈣結石。

材料與方法

1.病例資料

納入因泌尿系結石入院擬行手術治療的患者，排除年齡小于18歲、懷孕或哺乳、無術后紅外光譜分析測定結果的患者。所有入選患者在行經皮腎鏡或輸尿管鏡取石術前均接受DECT檢查，術后應用紅外光譜分析法測定取出結石的成分。

2.檢查方法

采用西門子雙源雙能量CT(Somatom Definition Flash)進行檢查，掃描范圍自雙腎上極至恥骨聯合水平，采用平掃、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，開啟自動管電流調節，旋轉時間0.5 s，螺距0.9 mm，Kernel B30f中等平滑，準直32×0.6 mm，掃描層厚為7 mm，無間距掃描，重建層厚及層間距均為1 mm，掃描數據重建后傳至西門子Leonardo后處理工作站進行雙能量結石成分分析。

3.圖像處理與分析

應用“Kidney Stones”軟件分析泌尿系結石成分，該軟件可區分四種結石成分即草酸鈣、羥基磷灰石、胱氨酸和尿酸，該軟件的設置界面見圖1，偽彩編碼識別的CT值上、下界分別設定為200、3071 HU；平滑濾波范圍設定為7；斜率即100 kVp時的CT值與140 kVp時CT值的比值，是區分結石成分的重要參數，若待測結石成分對應的斜率大于設定值，則該結石成分編碼為藍色，反之編碼為紅色，通過改變斜率設定值及觀察待測結石顏色的變化可確定結石成分。首先，將斜率設定為1.27，尿酸成分將被編碼為紅色，非尿酸成分將被編碼為藍色，待測結石若為純紅色，則為純尿酸結石，若為純藍色，則為純非尿酸結石，若既有紅色又有藍色，則為混合結石，并通過定性分析確定所占比例較大的顏色對應的成分為混合結石的主要成分，例如，待測結石主要為紅色，小部分為藍色，則為尿酸為主的混合結石。然后對純非尿酸結石及非尿酸為主的混合結石作進一步分析，將斜率設定為1.40，草酸鈣成分將被編碼為藍色，非草酸鈣成分將被編碼為紅色，混合結石主要成分的判斷方法同上。通過以上兩步分析，可確定待測結石的主要成分，結石具體的成分分析過程見圖2。本研究主要研究對象是結石的主要成分，因而將純尿酸結石和以尿酸為主的混合結石歸為一類即尿酸結石，將純草酸鈣結石和以草酸鈣為主的混合結石歸為草酸鈣結石，將純非草酸鈣結石和以非草酸鈣為主的混合結石歸為非草酸鈣結石。由2位放射科醫師共同閱片分析，意見不同時通過協商達成一致。

圖2 DSDECT結石成分分析過程。圓圈代表結石，紅、藍色代表Kidney Stones軟件編碼的偽彩，不同偽彩代表的結石成分如圓圈下方文字所述，紅色矩形框內的結石歸為尿酸結石，藍色矩形框內的結石歸為草酸鈣結石，綠色矩形框內的結石歸為非草酸鈣結石。

DSDECT分類成分數目紅外光譜分類成分數目尿酸結石純尿酸5尿酸結石純尿酸4尿酸為主、草酸鈣為輔1尿酸為主2純尿酸1非尿酸結石尿酸為主的混合結石1 草酸鈣結石純草酸鈣21草酸鈣結石純草酸鈣20草酸鈣為主、非草酸鈣為輔1草酸鈣為主、非草酸鈣為輔45草酸鈣為主、非草酸鈣為輔32純草酸鈣11尿酸結石尿酸為主、草酸鈣為輔2 非草酸鈣結石純非草酸鈣4非草酸鈣結石純非草酸鈣4非草酸鈣為主、草酸鈣為輔4純非草酸鈣4

4.傅立葉變換紅外光譜結石成分測定

用紅外光譜自動分析儀(LIIR-20型，天津藍莫德科學儀器有限公司)對術后取出的結石標本進行成分分析。由于紅外光譜可測定的結石成分種類多于“Kidney stones”，筆者將一水草酸鈣和二水草酸鈣結石歸為草酸鈣結石，無水尿酸和尿酸銨結石歸為尿酸結石，含磷酸鹽、胱氨酸和六水磷酸銨鎂結石歸為非草酸鈣結石。

5.統計學分析

采用MedCal 15.8軟件進行統計學分析。記錄入選患者的臨床資料、結石數目、結石部位、DSDECT分析結果、紅外光譜分析結果、劑量長度乘積(dose length product,DLP)和有效輻射吸收劑量(DLP×0.015)。以紅外光譜分析結果為參考標準判斷結石的主要成分，分析DSDECT區分尿酸與非尿酸結石以及在非尿酸結石中區分草酸鈣結石與非草酸鈣結石的敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值和準確度。

結果

1.臨床資料

自2015年8月至2016年1月，109例患者在行手術取石前接受DSDECT檢查，排除42例無術后紅外光譜分析測定結果的患者，共納入67例患者，其中男50例，女17例，平均年齡(50±13)歲，其中55例行經皮腎鏡取石術，12例行經輸尿管鏡取石術。55例患者為單發結石，12例患者為多發結石，共81枚結石，其中腎結石64枚，輸尿管結石15枚，膀胱結石2枚。結石平均直徑為(13±6)mm(2～40mm)?；颊咂骄行л椛湮談┝繛?8.66±1.84)mSv。

2.結石成分分析結果

DSDECT分析結果顯示，純尿酸結石5枚，尿酸為主的混合結石2枚，非尿酸為主的混合結石53枚，純非尿酸結石21枚，故尿酸結石7枚，非尿酸結石74枚。對非尿酸結石進一步分析結果顯示，純草酸鈣結石21枚，草酸鈣為主、非草酸鈣為輔的混合結石45枚，故草酸鈣結石66枚；純非草酸鈣結石4枚，非草酸鈣為主、草酸鈣為輔的混合結石4枚，故非草酸鈣結石8枚。DSDECT分析結果和對應的紅外光譜分析結果見表1。

參照紅外光譜分析結果，統計學結果顯示DSDECT鑒別尿酸結石的敏感度為77.8%[7/9，(95%CI：39.9，97.2)]，特異度為100%[72/72，(95%CI：95.0，100)]，陽性預測值為100%[7/7，(95%CI：59.0，100)]，陰性預測值為97.3%[72/74，(95%CI：90.6，99.7)]，準確度為97.5%(79/81)。在非尿酸結石中，DSDECT進一步鑒別草酸鈣結石的敏感度為100%[64/64，( 95%CI：94.4，100)]，特異度為80%[8/10，(95%CI：44.4，97.5)]，陽性預測值為97.0%[64/66，(95%CI：89.5，99.6)]，陰性預測值為100%[8/8，(95%CI：63.1，100)]，準確度為97.3%(72/74)。

討 論

本研究結果顯示DSDECT能準確地在體區分尿酸和非尿酸結石，并進一步在非尿酸結石中鑒別草酸鈣結石。

近年來，不少研究對DSDECT鑒別泌尿系結石成分進行了探索，但多為體外研究，體內研究相對較少[8-16]。Manglaviti等[16]采用DSDECT分析了40例患者的體內泌尿系結石，結果提示DSDECT能很好地鑒別尿酸結石。Hidas等[14]采用單源、雙探測器的DECT掃描27例體內結石患者，結果顯示DECT區分尿酸結石的準確度達82%。本研究結果與以上文獻報道的研究結果基本一致，DSDECT鑒別尿酸結石的準確度高達97%(79/81)，81枚結石中，僅2枚尿酸結石被誤判為草酸鈣結石。這2枚誤診的結石來自同一例患者，均位于右腎下盞，直徑約3 mm，紅外光譜分析結果顯示主要成分為尿酸銨，含少量草酸鈣。尿酸銨結石是一種少見的尿酸鹽結石，它的形成過程與生化特性不同于常見的無水尿酸或一水尿酸結石[17-18]，這可能造成尿酸銨結石的X線衰減特性不同于常見的尿酸結石。此外，筆者在研究過程中發現，小結石(直徑<5 mm)可被偽彩編碼為灰色或白色，這可能與空間分辨力不夠、后處理軟件無法準確進行偽彩編碼有關，此時根據偽彩確定結石成分有一定難度?？赡苡捎谝陨蟽煞矫娴囊蛩?，DSDECT未能準確識別這2枚小結石的主要成分。目前，DSDECT能否準確地對非尿酸結石進一步區分還存在爭議，本研究結果顯示，在非尿酸結石中，DSDECT鑒別草酸鈣和非草酸鈣結石的敏感度、陽性預測值、陰性預測值及準確度均很高，但特異度相對稍低(80%，8/10)，這可能與本研究非草酸鈣結石的樣本量較小有關，74枚非尿酸結石中僅10枚為非草酸鈣結石。雖然本研究結果提示DSDECT能較好地區分草酸鈣和非草酸鈣結石，但由于本研究中納入的非草酸鈣結石較少，可能對DSDECT區分非尿酸結石能力的評估造成一定影響，因而，DSDECT對非尿酸結石的成分分析仍值得進一步研究。

本研究與其他研究的不同之處主要有以下幾點：①本研究采用前瞻性設計，相對于回顧性研究，前瞻性研究能更真實地評價待測方法的診斷效能；(②混合結石比例高、結石大小多樣，本研究近一半的結石為混合結石(37/81)，大、小結石均有(2～40 mm)，更貼近真實臨床情況；③著眼于結石的主要成分進行研究，由于在實際臨床工作中，混合結石較單一成分結石更常見，治療方案的選擇主要依據結石的主要成分，因而研究DSDECT對結石主要成分的鑒別能力更具臨床意義。

本研究的局限性主要有以下幾點：①尿酸和非草酸鈣結石數量較少，這與我國尿酸和非草酸鈣結石患病率相對較低有關，尚需擴大樣本進一步驗證；①對非尿酸結石的區分，僅鑒別了草酸鈣和非草酸鈣結石，未對其他非尿酸結石如胱氨酸、羥基磷灰石等成分進行分析；③輻射劑量相對較高(8.66 mSv)，患者進行腹盆CT平掃檢查的主要目的是完善術前評估、除外手術禁忌，而并非僅針對結石成分進行分析，今后可先行低劑量腹盆平掃以確定結石位置，再僅針對結石行小范圍雙源雙能量掃描分析結石成分。

綜上所述，本研究結果顯示，DSDECT可在治療前鑒別體內結石的主要成分，能準確區分尿酸和非尿酸結石，并進一步在非尿酸結石中鑒別草酸鈣結石，為治療方案的選擇提供更多有價值的信息，避免不必要的手術。

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