雙能CT在人體泌尿系結石成分分析中的價值

蔡 磊,葉冬暉,陳劍鋒,魯 旭,孫家瑜

(四川大學華西醫(yī)院：1.放射科；2.泌尿外科，四川成都 610041)

尿路結石是一種常見的臨床疾病,其發(fā)病率及復發(fā)率均高[1]。根據(jù)結石成分的不同可分為草酸鈣結石、胱氨酸結石、尿酸結石、羥基磷灰石等類型，其中草酸鈣結石占比最高。草酸鈣結石主要包含一水草酸鈣結石(oxalate monohydrate，COM)、二水草酸鈣結石(calcium oxalate dihydrate，COD)和碳酸磷灰石(carbonate apatite，CaP)。泌尿系結石的成分分析對臨床治療方式的選擇具有指導意義，尿酸結石可選擇藥物溶石治療，而草酸鈣結石中一水草酸鈣結石由于其結構致密、質(zhì)硬，體外沖擊波碎石(extracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL)效果較差[2-4]。

多層螺旋CT運用于泌尿系結石的診斷，可精確提供結石大小、位置及毗鄰等影像信息，而雙能CT除具備普通多層螺旋CT的優(yōu)勢外，還能運用雙能衰減比值、單能量圖像、能譜曲線、多種基物質(zhì)圖像及相應基物質(zhì)的定量濃度值和有效原子序數(shù)等實現(xiàn)多參數(shù)成像，使得CT在原有空間分辨率、時間分辨率的基礎上又增加了能量分辨率及理化性質(zhì)的分辨率[5]。本文以紅外光譜為金標準，旨在探討雙源CT雙能量參數(shù)在體內(nèi)泌尿系結石成分分析中的應用價值，以期為臨床治療方式的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析我院2016年11月至2020年6月行雙能量CT平掃的104例患者的臨床資料：男性72人，年齡21～79歲，平均(51.44±13.26)歲；女性32人，年齡19～79歲，平均(46.04±16.05)歲。共納入結石147枚，經(jīng)紅外光譜分析，尿酸結石(UA)17枚，一水草酸鈣結石(COM)55枚，一水草酸鈣+二水草酸鈣結石(COM+COD)56枚，一水草酸鈣+二水草酸鈣+碳酸磷灰石(COM+COD+CaP)19枚。

1.2 檢查方法使用西門子CT Definition Flash進行腹部雙能量CT平掃，患者取頭先進仰臥位，掃描時屏氣，掃描范圍從腎上極至膀胱底，掃描條件為A球管管電壓100 kV、參考管電流 210 mAs；B球管管電壓 140 kV、參考管電流 162 mA；準直器寬度32 mm×0.6 mm，轉(zhuǎn)速0.5 s，螺距0.9，掃描層厚5 mm，重建層厚與間隔0.75 mm。開啟實時動態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)技術(CareDose4D)并進行非照射部位輻射防護。

1.3 圖像處理及分析將患者數(shù)據(jù)調(diào)入西門子Syngo via后處理工作站，選擇雙能量模塊進行圖像分析處理，分別在兩個能量下選取結石最大層面進行CT值測量，ROI的選擇大于結石面積的二分之一，且離邊緣至少1mm以避免部分容積效應對測量結果造成影響；計算結石雙能比、雙能差及雙能量指數(shù)，計算公式如下：雙能比=HU100 kV/HU140 kV、雙能差=HU100 kV-HU140 kV、雙能量指數(shù)=(HU100 kV-HU140 kV)/(HU100 kV+HU140 kV)。

2 結 果

2.1 尿酸結石與含鈣結石比較A(尿酸結石)組與B(含鈣結石)組雙能比、雙能差、雙能指數(shù)比較差異均具有統(tǒng)計學意義(P均<0.01，表1)。

表1 尿酸結石組與含鈣結石組雙能參數(shù)比較

2.2 不同含鈣結石組比較B(含鈣結石)組中，B1、B2、B3組每兩組之間雙能比、雙能指數(shù)比較均有統(tǒng)計學差異(P<0.05)，而雙能差均無統(tǒng)計學差異(P>0.05，表2)。將B2組與B3組融合為混合結石組(B2組+B3組)，B1(一水草酸鈣結石)組與混合結石組的雙能比、雙能指數(shù)均具有統(tǒng)計學差異(P<0.05，表3)，而雙能差無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表2 B(含鈣結石)組中不同類型含鈣結石組雙能參數(shù)比較

表3 B1(一水草酸鈣結石)組與混合結石組雙能參數(shù)比較

2.3ROC曲線效能評價

2.3.1尿酸結石的診斷 在診斷尿酸結石與含鈣結石時，雙能比、雙能指數(shù)、雙能差受試者工作曲線AUC值分別為0.923(95%CI：0.831～1.000)、0.925(95%CI：0.832～1.000)、0.958(95%CI：0.910～1.000)。雙能比截取值為1.21時敏感度為88.2%，特異度為98.5%；雙能指數(shù)截取值為0.137時敏感度為88.2%，特異度為97.7%；雙能差截取值為190時敏感度為88.2%、特異度為98.5%。ROC曲線如圖1A。

2.3.2一水草酸鈣結石診斷 雙能比、雙能指數(shù)在診斷一水草酸鈣時，雙能比、雙能指數(shù)受試者工作曲線AUC分別為0.899(95%CI：0.849～0.949)、0.794(95%CI：0.719～0.870)，其中雙能比優(yōu)勢較大，截取值為1.406時，敏感度為69.1%，特異度為93.3%，ROC曲線如圖1B。

A：雙能比、雙能指數(shù)、雙能差診斷尿酸結石；B：雙能比、雙能指數(shù)診斷COM。

3 討 論

泌尿系結石的患病率及復發(fā)率普遍較高，治療1年復發(fā)率高達10%，10年復發(fā)率可達50%[6-8]，體內(nèi)泌尿系結石成分的無創(chuàng)分析對患者術前選擇術式、明確病因及降低復發(fā)率等均可提供有力參考。雙能量CT基于不同物質(zhì)在不同能量水平的衰減差異，一次掃描可獲得除CT值以外的多個參數(shù)以提高不同物質(zhì)理化成分的區(qū)分能力，通過100 kV(80 kV)或140 kV(120 kV)兩個能量下的CT值差異，計算雙能比值、雙能差值、雙能指數(shù)等參數(shù)實現(xiàn)CT多參數(shù)分析，使得物質(zhì)的區(qū)分不再只依賴于圖像密度上的差異[9]。近年來不少研究采用雙能量CT對泌尿系結石成分的區(qū)分進行了一系列探索，但多為離體研究，而體內(nèi)研究較少，且體內(nèi)研究中大多樣本量少或結石類型單一[10-14]。本研究通過擴大樣本量，增加泌尿系結石的類別，運用雙能量多參數(shù)對尿酸結石與含鈣結石進行鑒別分析，并進一步分析含鈣結石組之間雙能參數(shù)的差異，旨在探討雙能參數(shù)在人體內(nèi)尿酸結石與含鈣結石、一水草酸鈣結石與其他類型含鈣結石的鑒別能力與臨床應用價值。

3.1 尿酸結石與含鈣結石的鑒別尿酸結石與含鈣結石的鑒別，有助于臨床治療方式的選擇，尿酸鹽結石可采用口服藥物堿化尿液進行治療[15-16]。本研究結果表明，基于雙源雙能CT能準確區(qū)分尿酸結石與含鈣結石，兩組結石雙能比、雙能差、雙能量指數(shù)均具有統(tǒng)計學差異，且受試者工作曲線曲線下面積均較高，AUC分別0.923、0.925、0.958，其中雙能差優(yōu)勢更大，截取值為190時，敏感度為88.2%，特異度98.5%。楊琪放等[17]采用雙能比值、雙能差、雙能指數(shù)等參數(shù)對泌尿系結石的體外研究表明，上述參數(shù)均能很好地區(qū)分尿酸結石與其他類型的結石；ACHARYA等[12]的體內(nèi)研究結果也表明，雙能比和雙能差值具有很高的尿酸與非尿酸結石的鑒別能力，本研究與上述報道結果基本一致。

3.2 含鈣結石亞型的區(qū)分含鈣結石在泌尿系結石中占比最高，鈣結石中二水草酸鈣結石結構疏松，ESWL療效理想;而單一成分的一水草酸鈣結石因其結構致密而質(zhì)硬，采用ESWL治療效果較差,所以術前區(qū)分一水草酸鈣結石和混合成分草酸鈣結石對臨床術式的選擇具有很大意義。本研究對130枚含鈣結石進行鑒別分析，結果表明，雙能比、雙能指數(shù)在區(qū)分含鈣結石亞型中3組比較均具有統(tǒng)計學差異，而雙能差在區(qū)分含鈣結石亞型中均無統(tǒng)計學意義，這與王茸等[18]采用雙能CT對55枚上尿路鈣結石成分分析結果基本一致。本研究中COM+COD組與COM+COD+CaP組相比較時差異不明顯，這可能與CaP在混合組分中的含量有關，CaP占比少則兩組混合結石差異不明顯，且COM、COD、CaP 3種單一成分的鈣結石的平均有效原子序數(shù)接近，X射線衰減差異不明顯[19]。能否將單一成分的COM從混合含鈣結石中區(qū)分出來一直是臨床治療中所關注的問題，基于此，本研究進一步將含鈣結石歸為一組，與純COM進行鑒別，結果顯示，雙能比、雙能指數(shù)受試者工作曲線AUC分別為0.899(95%CI：0.849～0.949)、0.794(95%CI：0.719～0.870)，雙能比受試者工作曲線曲線下面積優(yōu)于雙能指數(shù)，截取值為1.406時，敏感度為69.1%，特異度為93.3%。

本研究存在局限性:①本研究尿酸結石樣本較少，且含鈣結石中未收集到單一成分COD或CaP結石，泌尿系結石的種類受本地結石流行病學的影響；②研究分組中混合結石包含2類或3類鈣結石，而每一種結石的含量所占比例將對結果產(chǎn)生影響，因此，還需要擴大樣本收集的數(shù)量及地域范圍進行驗證，而對不同結石所占比例的定量分析將是以后的研究方向。

綜上所述，雙能量CT可準確區(qū)分泌尿系結石中尿酸結石與含鈣結石；且有助于區(qū)分含鈣結石亞型，尤其是區(qū)分體外沖擊波碎石療效不好的一水草酸鈣結石與其他混合成分含鈣結石，在臨床治療中具有較高的應用價值。