DSCT双能技术诊断泌尿系统体内结石成分研究进展

彭吉明 (重庆合川区人民医院放射科，重庆 合川 401520)

泌尿系结石是一种多发病，在世界范围内较常见，其临床治疗与位置、大小、数量和结石成分存在密切关系。泌尿系统结石包括草酸盐、尿酸盐、磷酸盐、胱氨酸结石等多种类型，但很多时候可能是一些混合型结石。在上述类型的结石中，尿酸结石是体内嘌呤代谢严重紊乱的产物，尿酸结石要采取药物碱化尿液来溶解结石，而其他结石通常需要采用体外冲击波碎石术或有创性的介入取石程序来进行治疗［1］。对于非尿酸结石需要体外冲击波碎石术或有创性的介入取石程序，在费用方面非常贵，另一方面会导致肾出血、纤维化和高血压等并发症。因此，治疗前确定结石成分非常重要。笔者介绍了近年DSCT双能技术的研究进展，提出了下一步可能的研究方向。现报告如下。

1 结石成分分析主要方法

1.1 非CT分析方法：非CT分析方法是一种传统分析结石成分的方法，主要方法都包括化学定性或定量分析、X线衍射分析、光谱分析、热重分析、偏光显微镜、扫描电镜分析、阴极发光技术及离子色谱法等，但这些方法操作起来非常复杂，消耗的时间非常长，费用昂贵而且仅局限于体外。其中光谱分析是CT分析方法是体外结石成分分析的对比标准。

1.2 单源CT结石成分分析法：单源CT结石成分分析法以结石的CT值为测量指标。Matlaga等利用螺旋CT通过测量结石平均CT值范围［2］，临床有证据表明可用来分析尿酸、磷酸镁铵和草酸钙结石，但在区分磷酸氢钙和草酸钙结石、胱氨酸结石和鸟粪石方面有局限。Grosjean等发现利用单源CT双能量成像技术在屏气好的状态下可用来分析尿酸、草酸钙石、磷酸镁铵、胱氨酸、磷酸氢钙及一水草酸钙等结石成分［3］，但呼吸会对结果产生重大影响，所以单源CT对非尿酸结石的成分分析可行性在临床实践中存在争议［4］。考虑可能与人体内结石多含有结晶水，单源CT扫描对患者需进行两次扫描，两次图像的配准问题等存在密切关系。

1.3 DSCT法：2005年全球首台双源CT(DSCT)的推出使得CT成像技术有了进一步的发展。双源CT在旋转的机架内安装了2个相隔90°的球管(即双源，每个最工作电压分别为80 kV和140 kV)及2套对应的探测器系统，一个探测器覆盖整个扫描视野(直径50 cm)，而另一个探测器仅限于中心更小的视野(直径26 cm)，2个X线球管可以独立的电压和电流运行［5］，如图1所示。DSCT双能扫描速度快、分辨率高、辐射剂量小、成像质量高［6］。该设备独有的双套球管、探测器系统配以高速机架旋转系统，使其时间分辨率达到了8 ms，重建最薄层厚0.3 mm，特有的能量减影应用更进一步拓展了其临床应用。

图1 DSCT双能成像的原理示意图

CT图像中组织间的差异取决于对射线的衰减，不同能量的X线以及组织相对应的CT值变化可得出能体现组织化学成分的组织特性图像。如图2所示，同样组织在80 kV和140 kV条件下，成像特性有较大差异，不同成分的结石对不同能量的X射线能量敏感性不同。如尿酸结石所含的化学元素有氢、碳、氮及氧，这些化学元素的原子序数相对低，在高电压和低电压两种条件下其对X线的衰减明显不同，而非尿酸结石内含有原子序数高的化学元素磷、钙、镁等，在两种条件的电压下密度差值通常较大。上述资料结果表明，DSCT双能量成像技术扫描结石，获取反映其能量图像，对分析结石的化学成分有重要价值［7］。

图2 组织对射线的衰减与射线能量相关

2 DSCT双能诊断泌尿系统体内结石成分研究进展

2.1 体外结石成分诊断：研究表明，DSCT双能技术对绝大部分泌尿系统体外结石成分分析的准确性高，具有临床价值。Paul等利用DSCT双能技术分析尿酸结石的敏感性及特异性分别为89%和98%［8］，认为能区分含草酸钙及磷酸钙成分的结石。DSCT双能技术可以区分出尿酸、胱氨酸、鸟粪石、尿酸结石、胱氨酸结石、混合尿酸结石与其他类型结石。杨琪放等利用第一代双源CT对308例患者离体尿路结石进行研究［9］，结果证明DSCT双能技术鉴别尿酸的准确度为100%，鉴别非尿酸结石的准确度为100%。马智军等发现［10］，5种结石成分在两种能量状态下CT值差值两两比较差异有统计学意义。DSCT双能技术在诊断体外结石成分研究相对较多，虽然存在少量分歧，但结论趋向于一致，临床应用价值较高［11］。

2.2 体内结石成分诊断研究进展：利用DSCT双能技术对活体内的泌尿系结石成分分析的研究还相对较少，但国内外已经取得一些进展，对了解结石成因、预防结石形成及指导治疗方案的选择具有一定价值。

2.2.1 国外研究进展：2010年Paul等通过DSCT扫描体内结石53例［12］，结果表明DSCT扫描可精确分析体内的尿酸结石和非尿酸结石。Hidas等采用DSCT扫描27例体内结石［13］，通过测量低KV与高KV下的结石衰减值比值，认为比值在1.1以下为尿酸，比值在1.1～1.24之间为胱氨酸，比值在1.24以上为含钙结石，通过上述资料可以表明DSCT对结石成分分析的准确性为82%，与国外的同类研究基本一致［14］。

2.2.2 国内研究进展：国内相关研究相对起步稍晚，但其研究方法有所丰富，研究成果与国际研究结果有互补性。张挽时等对64例泌尿系结石患者(男41例，女23例，年龄20～82岁［15］，平均年龄(53±16)岁进行 DSCT双能成像检查，测量计算80 kV和140 kV图像结石的HU差值、HU比值和双能量指数(DEI)，与患者治疗后的结石标本进行红外光谱为标准，运用方差分析比较不同结石之间上述指标的差异。双能量软件正确诊断4例尿酸结石、1例混合尿酸结石、2例胱氨酸结石和11例草酸钙结石;另外，2例磷酸钙结石、29例混合含钙结石、1例尿酸铵和草酸钙混合结石、1例混合尿酸结石和4例磷酸镁铵结石均识别为草酸盐成分。这充分说明DSCT双能量成像可以较好地区分体内的尿酸结石、混合尿酸结石、胱氨酸结石和含钙结石，但区分磷酸镁铵结石以及不同成分的含钙结石尚存在困难。范璐等对226例尿路结石患者行DSCT双能量扫描［16］，计算双源CT在体分析草酸钙结石、磷酸盐结石、胱氨酸结石及尿酸结石的灵敏度与特异度，结果发现DSCT能够准确的区分尿酸结石和非尿酸结石(灵敏度和特异度均为100%)，较准确地区分草酸钙结石、磷酸盐结石、胱氨酸结石，其灵敏度分别为89.03%、67.28%、73.56%，其特异度分别为85.62%、90.71%、93.43%。认为该技术应用于结石成分分析可准确区分尿酸结石和非尿酸结石，灵敏度和特异度非常高，均为100%。同时DEI值的差别可作为草酸钙结石与磷酸盐结石区分的指标。凃备武等对104例泌尿系结石者共113结石行DSCT双能量扫描并于工作站(syngo)上完成结石成分分析［17］，发现双源CT双能量分析显示尿酸、草酸钙和磷灰石成分分别得到准确性97.3%、92.9%、38.1%，灵敏度88.2%、100%、9.6%，特异度99.0%、66.7%、90.0%，阳性预测值93.8%、91.7%、63.6%以及阴性预测值97.9%、100%、35.3%，胱氨酸盐均为假阳性。这个分析认为双源CT双能量技术分析体内泌尿系结石成分是可行的，对尿酸和草酸钙的定性有很高的准确性。同时，发现双能显示结石是否含尿酸的灵敏度和特异度很高，误诊和漏诊的几率很小。江杰采用了不同的研究技术路线［18］，其研究不是将体内CT扫描与体外光谱测量结果进行比对，而是进行体内外扫描版比对。研究者对上尿路结石患者53例，术后取得结石69例。体内结石采用DSCT双能量扫描模式，体外结石置于新鲜猪肾后放入盛满NaCl溶液的纸盒中进行DSCT双能量扫描，对体内、外结石扫描条件保持一致。在软组织窗分别测量结石在80 kV、120 kV、140 kV下的平均CT值，利用双能量结石分析软件分析结石成分。采用红外光谱法对结石标本进行结石成分分析，发现不同成分结石在体内、体外的平均CT值差异比较，尿酸结石、羟基磷灰石、草酸钙结石、胱氨酸在体内，体外平均CT值比较差异无统计学意义。DSCT对结石的显示及成分分析在体内、外体结果相吻合。DSCT双能量结石分析软件不一方面可用于区分伪彩直观区别尿酸与非尿酸结石，与此同时另一方面还可区分非酸结石中的草酸钙、羟基磷灰石、胱氨酸结石。研发发现DSCT对体内草酸钙、羟基磷灰石分析准确性达95.18%、97.59%，对尿酸、胱氨酸结石分析准确性达100%。

2.3 体内诊断外比较：虽然双能量体内分析的准确率不如体外那么高，但对尿酸的不论在体内还是体外的准确率都非常高，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。

3 讨论

目前大多数研究都是以纯结石成分为前提，虽然精确性有明显提高，但结果在临床的实用价值会减小。因为泌尿系结石多以混合形式出现，有报道对混合结石双能发现，仅约10%与光谱结果一致，显示出来的混合结石大部分表现为不同成分相对集中于一定区域，至于何种成分混合仍很难说清。因此，这是混合结石的体内DSCT双能诊断可能是今后研究方向。在模拟研究方面，目前研究都将结石放在新鲜切开的猪肾内或含尿液的鸡肠内进行扫描，尽量模拟人体体内环境，但相关研究都还比较少。但模拟环境与人体真实环境的可比性、可参照性有待进一步深入研究，因为不同组织对不同能量X射线的衰减具有特异性。本组资料中提到的研究文献，几乎都是使用第一代DSCT双能。而随着技术的进步，最近的体外研究还显示，第二代双源C的双能量成像明显改善了对尿酸和非尿酸结石的鉴别能力［19］。由此，可以推断第二代DSCT双能技术应用于体内泌尿系统结石分析对于提高诊断准确性需要进一步探索。

4 小结与展望

泌尿系统结石是指发生于泌尿系统的结石，别称尿石症，泌尿系统结石包括肾、输尿管、膀胱和尿道的结石。治疗前确定结石成分对泌尿系统结石的治疗意义重大，临床上双源CT双能量技术在治疗前可较准确地提供结石的成分信息，在寻找结石病因、选择合理的治疗方式及预防复发方面均起着不可低估的作用。体外分析的准确性很高，但体内能否达到，除去分尿酸与非尿酸结石的意见比较统一，认为能进行临床应用，其他还有待进一步证实。利用CT判断尿路结石成分存在诸多问题，但发展潜力很大，他在未来极有成为一种可靠的准确判断体内结石成分的方法。

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