定量CT紋理分析鑒別體內泌尿系草酸鹽與非草酸鹽結石

鄒婷婷，張古沐陽，劉彥含，許梨梨，肖河，張寅生，金征宇，孫昊

泌尿系結石是一種全球性疾病，發病率高達10%～15%，治療后易復發，10年復發率可高達50%[1-2]。泌尿系結石是臨床上急腹癥患者比較常見的致病因素，結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石臨床處理方法往往不同[3]，草酸鹽在泌尿系結石成分中最常見，約存在于90%的結石中，由于草酸鹽結石較硬、不易碎裂，所以體外沖擊波碎石術的療效較差[4]，應積極進行手術取石。術前無創性分析泌尿系結石的成分對于選擇治療方式、預防結石復發具有重要意義。CT紋理分析是一種新穎、無創、客觀的影像學后處理分析工具，能夠生成反映泌尿系結石異質性的多參數指標[5]，進而給臨床提供重要的特征性信息，以發現泌尿系結石間存在的細微特征性差異。本研究利用定量CT紋理分析技術鑒別泌尿系草酸鹽與非草酸鹽結石，旨在評價其應用于泌尿系結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例泌尿系結石患者，泌尿外科手術取石后，應用紅外光譜分析法測定取出結石的成分，其中草酸鹽結石和非草酸鹽結石各30例，結石長徑均大于7 mm。

2.檢查方法

泌尿外科手術取石前，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:由兩位放射科醫師共同回顧性分析所選取的60例結石圖像，選取顯示結石最大層面的軸面圖像，測量結石最大長徑，并將圖像傳送至紋理軟件工作站。

紋理分析:由1位經過專業培訓的放射科住院醫師使用TexRAD紋理分析軟件(TexRAD有限公司，www.texrad.com,part of Feedback Plc)對60個結石進行CT紋理分析。進行紋理分析之前，在每個選定的軸面圖像上，手動沿著病灶輪廓內約1～2 mm的距離勾畫感興趣區(ROI)，以減少周圍脂肪的混雜作用。空間比例因子(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，使用標準描述符對濾過和無濾過圖像中的像素值進行量化。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，包括平均灰度值(Mean，表示在感興趣區內像素的平均值)、標準差(SD，表示與平均值間存在變化或離散度的量度)、熵(Entropy，表示像素強度分布的不規則性)、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例草酸鹽結石和1例非草酸鹽結石的ROI及其對應的紋理圖像。

4.統計學分析

結 果

草酸鹽結石長徑為(11.28±3.22) cm，非草酸鹽結石長徑為(11.28±3.75) cm，兩者間差異無統計學意義(P=1.000)。

CT圖像上,草酸鹽結石與非草酸鹽結石的平均灰度值(Mean)在精細、中等及粗糙紋理圖像上(SSF 0～6)差異均有統計學意義(P<0.05),標準差(SD)在精細、中等及粗糙紋理圖像上(SSF 0～6)差異均有統計學意義(P<0.05),熵(Entropy)在精細、中等及粗糙紋理圖像上(SSF 0～6)差異均無統計學意義(P>0.05),正性像素平均值(MPP)在精細、中等及粗糙紋理圖像上(SSF 0～6)差異均有統計學意義(P<0.05),偏度(Skewness)在中等紋理圖像上 (SSF 3～5)差異有統計學意義(P<0.05),峰度 (Kurtosis)在無濾過及精細紋理圖像上(SSF 0～2)差異有統計學意義(P<0.05,表1)。

表1 紋理分析中兩組差異有統計學意義的參數

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

討 論

隨著醫學影像學檢查技術的日益更新，泌尿系結石成分的無創分析方法越來越豐富，通過對體內結石成分的分析，對臨床治療方法的選擇有一定的指導意義。多項研究表明雙能量CT可以在體無創分析泌尿系結石成分[7-9]，張古沐陽等[7]在前瞻性研究中發現雙能量CT可以準確區分體內泌尿系尿酸鹽結石與非尿酸鹽結石，以及草酸鹽結石與非草酸鹽結石。但是雙能量CT設備昂貴，使其臨床應用受限。定量紋理分析是一種近年來發展起來的無創、客觀的圖像后處理工具，根據計算機的運算分析得出圖像像素的分布規律及特征，從而反映出病變內的異質性和病變間的微小差異。本研究結果顯示，定量CT紋理分析中所提取的多個紋理特征參數可區分草酸鹽結石與非草酸鹽結石。

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

本研究存在以下局限性：①納入的病例數較少，有可能高估了單個紋理參數鑒別兩類結石的診斷效能，尚需擴大樣本量進一步研究；②非草酸鹽結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果的準確性，尚需擴大樣本進一步驗證；③僅選取結石最大截面的單張軸面圖像進行紋理分析，得到的紋理參數可能并未反映兩類結石紋理特征的全貌，所以今后還需通過3D紋理分析的方法提取整個結石的紋理信息來更全面評估紋理參數在鑒別結石方面的臨床應用價值。

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石有一定意義，對于泌尿系結石手術方式的選擇等臨床治療方案的制定，有一定指導意義和臨床應用價值。

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