泌尿系结石成分的体内双源双能量CT分析

凃备武 周 洁 李惠民 耿 娟

泌尿系结石的治疗方式包括外科手术取石、药物排石以及体外震波碎石等，这些方式的选择将因结石的成分不同而不同，若能在治疗前确认，对方案选择有指导意义[1-3]。利用双源CT的双能量分析区分结石成分的研究工作已经展开，国内外文献报道有很高的准确性，但绝大部分研究为体外模型试验[1-10]，个别文献涉及体内分析，但样本量小，结石成分单一[5-6]。体外分析的准确性很高，但体内能否达到，还需临床实验证实。本文收集一组临床病例，试图探讨体内尿路结石双能量成分分析的可行性和准确性。

方 法

1.病例资料

2008年1月～2010年3月在我院就诊的泌尿系结石患者共525例。完成术前双源CT双能量扫描并进行成分分析408例，术后进行结石红外光谱分析412例；同时完成上述两种分析者104例纳入本次研究分析，包括男性67例，女性37例，年龄18～75，平均41.2岁。就诊主要症状是腹痛、血尿。所有104例中手术取石21例，膀胱镜取石42例，体外震波碎石31例，其余病例结石经尿路排出。肾结石61例，输尿管结石33例，最大直径大于1cm的结石纳入分析，共得113颗。

2.双源CT双能量扫描

使用双源CT扫描仪（Somatom Definition，Siemens Medical Solutions，Forchheim，Germany），采用双能量扫描模式：A球管，140kVp，96 mAs，扫描野50cm；B球管，80kVp，395mAs；扫描野直径26cm；层厚5mm，间距5mm；准直2×32×0.6mm；球管旋转时间330ms，pitch为0.7；所有扫描采用CARE Dose 4D。图像重建层厚0.75mm，间距0.75mm。重建卷积算法为Kernel D30 Medium Smooth。扫描完成获得三组图像数据即80kVp、140kVp和加权平均图像(3∶7)。

3.双能量结石分析（简称双能）

扫描后数据送入西门子独立工作站（Syngo Multi Modality Workplace, version VE31A, Siemens Medical Solution），由其双能量泌尿系结石成分分析软件分析。采用三类物质分解法，即组织、尿酸和草酸钙。软件提供分析图，彩色覆盖由下面公式计算：

水平轴为140kVp的CT值，纵轴为80kVp的CT值。缺省比值是1.15，调整比值改变斜线位置。斜线在1.15若结石呈红色为尿酸，1.32为胱氨酸，1.40为羟基磷灰石，仍蓝色者为草酸。若结石于上述比值某最低值全部呈红色则为该成分纯结石，否则为二三种成分的混合结石。软件不能提供成分的精确含量，故将结石分为含某种成分和某成分纯结石进行分析。两组结果对比以软件标明的4种结石为基础进行。

4.红外光谱分析（简称光谱）

全部结石标本用红外光谱仪(B R U K E R TENSOR27)进行分析，如果结石的一种成分大于或等于95%，则认定为该成分的纯结石；若第2种成分大于5%则为两成分结石，第3种成分大于5%则为三成分结石。

5.统计学分析

全部资料应用SPSS 18.0进行分析，统计指标为准确性、灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值。

结 果

1.光谱结果

本组收集结石成分共12种：无水尿酸、二水尿酸、一水草酸钙、二水草酸钙、碳酸磷灰石、碳磷酸钙、蛋白混合物、钙镁磷肥、六水磷酸镁铵、五水磷酸八钙、尿酸铵、磷酸氢钙。本文将一水尿酸和二水尿酸、一水草酸钙和二水草酸钙归为同一结石。光谱中碳酸磷灰石[Ca10(PO4CO3OH)6(OH)2]和软件中羟基磷灰石[Ca5(PO3)3(OH)]两者均为磷灰石，化学性质相仿，归为同类结石，简称磷灰石。

2.双能与光谱对比结果

2.1尿酸：双能显示16颗结石含尿酸，光谱证实15颗，光谱还证实另2颗结石含尿酸，含尿酸和纯尿酸情况参见表1。

双能显示含尿酸的准确性约97.3%，灵敏度约88.2%，特异度约99.0%，阳性预测值约93.8%，阴性预测值97.9%。纯尿酸的准确性约93.8%，灵敏度约75.0%，特异度约95.2%，阳性预测值约54.5%，阴性预测值约98.0%。

光谱纯尿酸较少是尿酸含量未到95%。另外是混合尿酸铵，共9颗（约8%），包括1颗纯尿酸铵（含2%尿酸），双能均显示为尿酸。

2.2草酸钙：双能显示含草酸钙结石97颗，约占全部结石的85.8%，光谱证实89颗，约占78.8%。含草酸钙或纯草酸钙情况见表2。

双能显示含草酸钙的准确性约92.9%，灵敏度为100%，特异度约66.7%，阳性预测值约91.7%，阴性预测值100%。纯草酸钙准确性约63.7%，灵敏度约100%，特异度约43.8%，阳性预测值约49.4%，阴性预测值100%。光谱纯草酸少也是因草酸含量未达标，占20颗。其次是混合其他成分，磷灰石最多。

2.3磷灰石：双能分析显示11颗结石含磷灰石，7颗光谱证实。光谱则显示73颗结石含磷灰石，但无达到纯磷灰石标准者，61颗混合草酸钙，这些结石均被双能量显示为纯草酸钙或与草酸钙混合结石（表3）。

双能显示磷灰石的准确性约38.1%，灵敏度约9.6%，特异度约90.0%，阳性预测值约63.6%，阴性预测值35.3%。

2.4胱氨酸：双能显示1颗纯胱氨酸，6颗混合胱氨酸，但光谱未发现含胱氨酸的结石，故均为假阳性。

2.5混合结石：双能显示21颗结石为混合结石。5颗为含尿酸混合结石，其中2颗二成分和3颗三成分，但混合成分未为光谱证实。14颗为含草酸钙的二成分结石，另外2颗为含草酸钙三成分结石，其中仅2颗草酸钙与磷灰石混合者为光谱证实，其余均不一致。

表1 尿酸结石情况

表2 草酸钙结石情况

表3 磷灰石结石情况

讨 论

采用X线对泌尿系结石进行成分分析的研究已有多年，报道不少，最初基于平片，以后单源CT两次扫描双能量分析，因技术缺陷较多，未能临床常规使用[1-2]。双源CT双能量扫描，同时进行两种能量X线的数据采集成像，使结石晶体成分分析具备临床应用的条件，文献表明其准确率相当高，但多为体外实验，不少仅将结石分为尿酸和非尿酸或含钙与不含钙者进行分析，样本量小而单一，涉及体内分析的专门文献罕见[1-11]，其临床实用的可靠性如何，有待探讨。本文收集一组病例，就上述问题对结石在体内分析进行前瞻性研究。

在泌尿系结石的晶体成分中，尿酸和尿酸盐结石约占10%[1]。本组17颗结石含尿酸，约占15%。尿酸结石可用药物治疗溶解自然排出，可不需手术等创伤性治疗，故文献多以识别尿酸为目的[3-10]。体外实验对尿酸识别的准确性极高，可达100%[5-6]。本组体内分析表明，双能显示结石是否含尿酸的灵敏度和特异度很高，误和漏诊的可能性很小，97%以上的准确性表明其具有较高临床实用价值，与文献报道相仿。体外实验一般以纯尿酸进行分析[1-8]，本组结果表明其灵敏度和阳性预测值较低，尤其后者，仅54.5%，准确性也有下降，表明体内分析纯尿酸存在漏诊的可能。原因首先是纯结石标准，如果降低标准，纯尿酸数量就会增多。其次，17颗中9颗混合尿酸铵，包括1颗纯尿酸铵，双能均显示成尿酸。因此，尿酸铵也是造成纯尿酸假阳性的原因，没有文献探讨过两者的双能特性差别，对比尿酸（C5N4O3H4）和尿酸铵（C5H7N5O3）的分子式，其组成元素相同，吸收X线的特性接近，双能可能不能分辩。

草酸钙在泌尿系结石成分中最多见，约在90%的结石中存在[1]。本组双能显示约83.5%的结石含草酸钙，但光谱证实为78.8%，约7%假阳性。双能显示草酸钙成分的灵敏度和阴性预测值极高，阳性预测值也在90%以上，93%的准确性表明其具有临床实用价值，但特异度较低，应注意出现误诊的机会。对纯草酸钙也显示很高的灵敏度和阴性预测值，但不到50%的特异度和阳性预测值，表明误诊的可能性较大。与尿酸相同，原因是不少结石含草酸钙，有的还较高，却未达纯结石标准，若降低标准，纯结石数量会增多，假阳性将随之下降。另外是其他成分干扰，以磷灰石等含钙成分的影响最大。体外分析显示草酸与其他含钙成分的X线吸收谱重叠较多，难以区别[8-9]。因此，在体内欲有效区分草酸钙与其他含钙结石，同样较为困难。

磷灰石是常见的结石成分，仅次于草酸钙[1]。本组双能显示9.7%的结石含磷灰石，但光谱证实为69.5%，两者差别显著，且都是混合结石，与草酸钙混合最多。以往结果显示其与尿酸和胱氨酸易于区分，但与草酸则结果不一。Matlaga等[3]认为可以区分，但多数文献认为不易分辨[5-11]。与后者相同，本组双能将大部磷灰石识别为草酸钙，两者形成互相干扰，导致磷灰石灵敏度和阴性预测值都极低，阳性预测值也不高，虽然有一定特异度，但其临床诊断价值不大。

本组光谱显示12种结石成分。其中，尿酸铵、钙镁磷肥和蛋白质混合物三种成分在以往文献中未见报道。钙镁磷肥和蛋白质混合物与其他成分混合，含量较低且特征值不明，双能未能显示。尿酸铵多被显示为尿酸，其他成分与草酸钙、磷灰石等含钙结石混合者则显示为草酸钙。文献报道胱氨酸与草酸钙和磷灰石等差别显著，可以区分[5,7-9]。本组双能虽显示12颗含胱氨酸，但未被光谱证实。

泌尿系结石多以混合形式出现[1]。本组双能显示的21颗混合结石中，只有9.5%与光谱结果一致。能够显示的混合结石，多表现为不同成分相对集中于一定区域（见图1,2），即使如此也只能表明为混合结石，至于何种成分混合，仍然难以确认。以往文献将混合结石排除仅分析纯结石，虽然提高了对双能分析考察的精确性，但结果在临床的实用价值就会减小。

关于纯结石，文献以设定百分比值来确定，但比值不一，如从60%～100%不等，波动范围较大[1,7-10]。对于比值的设定，文献未说明依据，存在人为因素，具有一定随意性，没有文献探讨其科学性和对临床治疗的影响。我们参考文献设定值和泌尿外科临床标准[1]，选择95%以确定纯结石。

本组结果表明，虽然双能量体内分析的准确率不如体外那么高，但对尿酸的分析，完全具有临床实用价值。对草酸的分析也有较高参考价值，但对其他成分或混合成分的分析，其价值有待进一步研究。