双源双能量CT前瞻性分析体内泌尿系结石的主要成分

张古沐阳， 石冰， 薛华丹， 肖河， 张学斌， 孙昊， 金征宇

泌尿系结石是一种常见病且容易复发，患病率达10%～15%，10年复发率可高达50%[1-2]。泌尿系结石成分对患者的诊治具有指导意义，尿酸结石可选择碱化尿液的药物溶石治疗，而草酸钙结石由于硬度较大，体外冲击波碎石术疗效差，应积极手术取石[3-4]。目前常用的泌尿系结石成分分析方法如红外光谱分析、化学分析等均是术后体外分析方法，并不能指导治疗方案的选择。因而，一种能在治疗前对体内泌尿系结石成分进行准确分析的方法具有重要的临床价值。

平扫CT是评估泌尿系结石的重要影像学方法。有研究提出可通过测量结石平均CT值范围来分析结石成分，但由于不同成分的结石CT值有部分重叠，该方法的诊断效能并不理想，没有被临床常规应用[5-7]。双能量CT(Dual-energy CT，DECT)的出现为分析体内泌尿系结石成分提供了一种新方法。不同成分的泌尿系结石在不同管电压条件下的X线衰减不同，利用相应的后处理软件，双源双能量CT(Dual-source dual-energy CT，DSDECT)可分析出泌尿系结石的成分。不少研究已证实DECT能准确区分尿酸和非尿酸结石，但多为回顾性体外研究，前瞻性体内研究少且纳入的结石数量少，此外，目前对DECT能否进一步区分非尿酸结石成分仍有争议[8-15]。因而，有必要对应用DECT分析体内泌尿系结石成分作进一步的临床研究。本研究前瞻性探讨DECT能否在体内准确区分尿酸和非尿酸结石，并进一步在非尿酸结石中区分草酸钙和非草酸钙结石，结石成分的参考标准为术后体外红外光谱分析法的测定结果。

图1 Kidney Stones软件界面。a) 参数设置界面，横坐标为140kVp时的CT值，纵坐标为100kVp时的CT值，四个白色小圆圈从上至下分别代表草酸钙、羟基磷灰石、胱氨酸及尿酸成分，Ratio代表斜率，Minimum和Maximum分别代表伪彩编码识别的CT值上、下界值，Range代表平滑滤波范围； b) 为一枚右肾下盏的草酸钙结石。

材料与方法

1.病例资料

纳入因泌尿系结石入院拟行手术治疗的患者，排除年龄小于18岁、怀孕或哺乳、无术后红外光谱分析测定结果的患者。所有入选患者在行经皮肾镜或输尿管镜取石术前均接受DECT检查，术后应用红外光谱分析法测定取出结石的成分。

2.检查方法

采用西门子双源双能量CT(Somatom Definition Flash)进行检查，扫描范围自双肾上极至耻骨联合水平，采用平扫、双能量扫描模式，双源球管电压及有效电流分别为140 kVp /178 mAs、100 kVp/230 mAs，开启自动管电流调节，旋转时间0.5 s，螺距0.9 mm，Kernel B30f中等平滑，准直32×0.6 mm，扫描层厚为7 mm，无间距扫描，重建层厚及层间距均为1 mm，扫描数据重建后传至西门子Leonardo后处理工作站进行双能量结石成分分析。

3.图像处理与分析

应用“Kidney Stones”软件分析泌尿系结石成分，该软件可区分四种结石成分即草酸钙、羟基磷灰石、胱氨酸和尿酸，该软件的设置界面见图1，伪彩编码识别的CT值上、下界分别设定为200、3071 HU；平滑滤波范围设定为7；斜率即100 kVp时的CT值与140 kVp时CT值的比值，是区分结石成分的重要参数，若待测结石成分对应的斜率大于设定值，则该结石成分编码为蓝色，反之编码为红色，通过改变斜率设定值及观察待测结石颜色的变化可确定结石成分。首先，将斜率设定为1.27，尿酸成分将被编码为红色，非尿酸成分将被编码为蓝色，待测结石若为纯红色，则为纯尿酸结石，若为纯蓝色，则为纯非尿酸结石，若既有红色又有蓝色，则为混合结石，并通过定性分析确定所占比例较大的颜色对应的成分为混合结石的主要成分，例如，待测结石主要为红色，小部分为蓝色，则为尿酸为主的混合结石。然后对纯非尿酸结石及非尿酸为主的混合结石作进一步分析，将斜率设定为1.40，草酸钙成分将被编码为蓝色，非草酸钙成分将被编码为红色，混合结石主要成分的判断方法同上。通过以上两步分析，可确定待测结石的主要成分，结石具体的成分分析过程见图2。本研究主要研究对象是结石的主要成分，因而将纯尿酸结石和以尿酸为主的混合结石归为一类即尿酸结石，将纯草酸钙结石和以草酸钙为主的混合结石归为草酸钙结石，将纯非草酸钙结石和以非草酸钙为主的混合结石归为非草酸钙结石。由2位放射科医师共同阅片分析，意见不同时通过协商达成一致。

图2 DSDECT结石成分分析过程。圆圈代表结石，红、蓝色代表Kidney Stones软件编码的伪彩，不同伪彩代表的结石成分如圆圈下方文字所述，红色矩形框内的结石归为尿酸结石，蓝色矩形框内的结石归为草酸钙结石，绿色矩形框内的结石归为非草酸钙结石。

DSDECT分类成分数目红外光谱分类成分数目尿酸结石纯尿酸5尿酸结石纯尿酸4尿酸为主、草酸钙为辅1尿酸为主2纯尿酸1非尿酸结石尿酸为主的混合结石1 草酸钙结石纯草酸钙21草酸钙结石纯草酸钙20草酸钙为主、非草酸钙为辅1草酸钙为主、非草酸钙为辅45草酸钙为主、非草酸钙为辅32纯草酸钙11尿酸结石尿酸为主、草酸钙为辅2 非草酸钙结石纯非草酸钙4非草酸钙结石纯非草酸钙4非草酸钙为主、草酸钙为辅4纯非草酸钙4

4.傅立叶变换红外光谱结石成分测定

用红外光谱自动分析仪(LIIR-20型，天津蓝莫德科学仪器有限公司)对术后取出的结石标本进行成分分析。由于红外光谱可测定的结石成分种类多于“Kidney stones”，笔者将一水草酸钙和二水草酸钙结石归为草酸钙结石，无水尿酸和尿酸铵结石归为尿酸结石，含磷酸盐、胱氨酸和六水磷酸铵镁结石归为非草酸钙结石。

5.统计学分析

采用MedCal 15.8软件进行统计学分析。记录入选患者的临床资料、结石数目、结石部位、DSDECT分析结果、红外光谱分析结果、剂量长度乘积(dose length product,DLP)和有效辐射吸收剂量(DLP×0.015)。以红外光谱分析结果为参考标准判断结石的主要成分，分析DSDECT区分尿酸与非尿酸结石以及在非尿酸结石中区分草酸钙结石与非草酸钙结石的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值和准确度。

结果

1.临床资料

自2015年8月至2016年1月，109例患者在行手术取石前接受DSDECT检查，排除42例无术后红外光谱分析测定结果的患者，共纳入67例患者，其中男50例，女17例，平均年龄(50±13)岁，其中55例行经皮肾镜取石术，12例行经输尿管镜取石术。55例患者为单发结石，12例患者为多发结石，共81枚结石，其中肾结石64枚，输尿管结石15枚，膀胱结石2枚。结石平均直径为(13±6)mm(2～40mm)。患者平均有效辐射吸收剂量为(8.66±1.84)mSv。

2.结石成分分析结果

DSDECT分析结果显示，纯尿酸结石5枚，尿酸为主的混合结石2枚，非尿酸为主的混合结石53枚，纯非尿酸结石21枚，故尿酸结石7枚，非尿酸结石74枚。对非尿酸结石进一步分析结果显示，纯草酸钙结石21枚，草酸钙为主、非草酸钙为辅的混合结石45枚，故草酸钙结石66枚；纯非草酸钙结石4枚，非草酸钙为主、草酸钙为辅的混合结石4枚，故非草酸钙结石8枚。DSDECT分析结果和对应的红外光谱分析结果见表1。

参照红外光谱分析结果，统计学结果显示DSDECT鉴别尿酸结石的敏感度为77.8%[7/9，(95%CI：39.9，97.2)]，特异度为100%[72/72，(95%CI：95.0，100)]，阳性预测值为100%[7/7，(95%CI：59.0，100)]，阴性预测值为97.3%[72/74，(95%CI：90.6，99.7)]，准确度为97.5%(79/81)。在非尿酸结石中，DSDECT进一步鉴别草酸钙结石的敏感度为100%[64/64，( 95%CI：94.4，100)]，特异度为80%[8/10，(95%CI：44.4，97.5)]，阳性预测值为97.0%[64/66，(95%CI：89.5，99.6)]，阴性预测值为100%[8/8，(95%CI：63.1，100)]，准确度为97.3%(72/74)。

讨 论

本研究结果显示DSDECT能准确地在体区分尿酸和非尿酸结石，并进一步在非尿酸结石中鉴别草酸钙结石。

近年来，不少研究对DSDECT鉴别泌尿系结石成分进行了探索，但多为体外研究，体内研究相对较少[8-16]。Manglaviti等[16]采用DSDECT分析了40例患者的体内泌尿系结石，结果提示DSDECT能很好地鉴别尿酸结石。Hidas等[14]采用单源、双探测器的DECT扫描27例体内结石患者，结果显示DECT区分尿酸结石的准确度达82%。本研究结果与以上文献报道的研究结果基本一致，DSDECT鉴别尿酸结石的准确度高达97%(79/81)，81枚结石中，仅2枚尿酸结石被误判为草酸钙结石。这2枚误诊的结石来自同一例患者，均位于右肾下盏，直径约3 mm，红外光谱分析结果显示主要成分为尿酸铵，含少量草酸钙。尿酸铵结石是一种少见的尿酸盐结石，它的形成过程与生化特性不同于常见的无水尿酸或一水尿酸结石[17-18]，这可能造成尿酸铵结石的X线衰减特性不同于常见的尿酸结石。此外，笔者在研究过程中发现，小结石(直径<5 mm)可被伪彩编码为灰色或白色，这可能与空间分辨力不够、后处理软件无法准确进行伪彩编码有关，此时根据伪彩确定结石成分有一定难度。可能由于以上两方面的因素，DSDECT未能准确识别这2枚小结石的主要成分。目前，DSDECT能否准确地对非尿酸结石进一步区分还存在争议，本研究结果显示，在非尿酸结石中，DSDECT鉴别草酸钙和非草酸钙结石的敏感度、阳性预测值、阴性预测值及准确度均很高，但特异度相对稍低(80%，8/10)，这可能与本研究非草酸钙结石的样本量较小有关，74枚非尿酸结石中仅10枚为非草酸钙结石。虽然本研究结果提示DSDECT能较好地区分草酸钙和非草酸钙结石，但由于本研究中纳入的非草酸钙结石较少，可能对DSDECT区分非尿酸结石能力的评估造成一定影响，因而，DSDECT对非尿酸结石的成分分析仍值得进一步研究。

本研究与其他研究的不同之处主要有以下几点：①本研究采用前瞻性设计，相对于回顾性研究，前瞻性研究能更真实地评价待测方法的诊断效能；(②混合结石比例高、结石大小多样，本研究近一半的结石为混合结石(37/81)，大、小结石均有(2～40 mm)，更贴近真实临床情况；③着眼于结石的主要成分进行研究，由于在实际临床工作中，混合结石较单一成分结石更常见，治疗方案的选择主要依据结石的主要成分，因而研究DSDECT对结石主要成分的鉴别能力更具临床意义。

本研究的局限性主要有以下几点：①尿酸和非草酸钙结石数量较少，这与我国尿酸和非草酸钙结石患病率相对较低有关，尚需扩大样本进一步验证；①对非尿酸结石的区分，仅鉴别了草酸钙和非草酸钙结石，未对其他非尿酸结石如胱氨酸、羟基磷灰石等成分进行分析；③辐射剂量相对较高(8.66 mSv)，患者进行腹盆CT平扫检查的主要目的是完善术前评估、除外手术禁忌，而并非仅针对结石成分进行分析，今后可先行低剂量腹盆平扫以确定结石位置，再仅针对结石行小范围双源双能量扫描分析结石成分。

综上所述，本研究结果显示，DSDECT可在治疗前鉴别体内结石的主要成分，能准确区分尿酸和非尿酸结石，并进一步在非尿酸结石中鉴别草酸钙结石，为治疗方案的选择提供更多有价值的信息，避免不必要的手术。

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