双源CT双能量成像在体分析胆囊结石成分研究

米利晓，孙建男，赵恒宇，赵 春，蒋延彬，王坤鹏，陈秀梅，王莉娜

(1.石家庄市第四医院医学影像科，河北 石家庄 050011；2.大庆油田总医院CT室，黑龙江 大庆 163000；3.牡丹江医学院医学影像学院，黑龙江 牡丹江 157011)

胆囊结石根据成分不同可大致分为胆固醇类结石、胆红素钙类结石、混合类结石及其他罕见类结石[1]。目前非手术疗法已成为胆囊结石治疗的重要组成部分，结石成分不同，所用治疗方案及预防方案也不同[2-3]。普通螺旋CT鉴定结石成分价值有限[4-5]。双源CT(dual source CT， DSCT)双能量技术以不同能量X线同时照射组织，用以区分不同物质对不同能量X线的衰减差别，可由此鉴别组织成分[6]。本研究探讨采用DSCT双能量成像分析在体胆囊结石成分的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入2016年4月—2017年12月大庆油田总医院经临床诊断且接受胆囊切除术的200例胆囊结石患者，男71例，女129例，年龄27～85岁，中位年龄56岁；排除胆囊结石最大径<5 mm者和图像质量差、不能满足分析要求者。对所有患者均于术前7天行DSCT扫描，术后2天内以显微红外光谱分析结石标本。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Somatom Definition Flash第二代双源CT机。检査前嘱患者禁食8 h，并对患者进行屏气训练。选择双能腹部协议进行扫描，扫描范围自膈顶至肝下缘，胆囊肿大超出肝下缘时扩大扫描范围，直至包含完整胆囊。扫描参数：A球管电压80 kV，管电流424 mAs，B球管电压140 kV，管电流164 mAs，扫描时开启CARE Dose 4D，螺距0.7，球管旋转时间0.5 s，扫描层厚5 mm，重建层厚0.75 mm，层间隔0.5 mm，卷积函数采用B30f medium smooth，融合因子0.3。

1.3 CT图像分析 将图像传至Siemens Syngo MultiModality Workplace工作站，重建80 kV、140 kV及融合图像，其中融合图像由70%的140 kV和30%的80 kV图像融合而成，相当于常规120 kV图像[7]。观察3组图像中的结石密度，均与同一患者胆汁密度比较，将融合图像中未明确显示(密度与胆汁相同)的结石定义为“阴性结石”，计算80 kV、140 kV图像对胆囊阴性结石的检出率。

在Viewing界面同时打开80 kV和140 kV图像，根据结石密度表现分为均一密度结石和混合密度结石。对均一密度结石，取最大径层面中心1/2～2/3区域作为ROI，测量其80 kV、140 kV图像的CT值；对混合密度结石分别测量不同密度区域，尽量保证80 kV、140 kV图像的ROI在同一位置，每个区域测量3次，计算其平均值。计算CT值差值及CT值比值[8]，CT值差值=80 kV图像CT值-140 kV图像CT值，CT值比值=80 kV图像CT值/140 kV图像CT值。胆囊多发结石间成分无明显差异[9]，故对多发结石患者取最大1枚纳入研究。以相同方法计算胆汁的CT值差值。

1.4 显微红外光谱分析 采用Thermo Fisher Scientific Nicolet iN10TM显微红外光谱仪。收集结石标本，以生理盐水洗净后晾干。对均一密度结石，于结石的边缘、中心及边缘与中心之间的中间区域分别取约1～2 mm3大小样本进行分析；对混合密度结石不同密度区均进行3次取样分析，取样时尽可能与DSCT图像中每个密度区的ROI位置相一致。将样本固定于衰减全反射(attenuated total reflection， ATR)载物板，以ATR采集模式对样本区域进行定位，设计适当采集参数及压力模式，采集并保存样本图谱，计算机自动检索数据库，与标准结石图谱进行比对后产生分析报告，将样本分为胆固醇成分、胆红素钙成分和罕见成分。

1.5 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件。符合正态分布的计量资料以±s表示，2组间比较采用独立样本t检验；不符合正态分布者以中位数(上下四分位数)表示。计数资料以频数、率或构成比表示。以Kruskal-WallisH检验比较不同成分结石间80 kV 图像CT值、140 kV 图像CT值、CT值差值和CT值比值的差异，组间两两比较采用Nemenyi检验。以显微红外光谱分析结果为金标准，绘制ROC曲线评价80 kV图像 CT值、140 kV 图像CT值、CT值差值和CT值比值鉴别胆固醇类结石与非胆固醇类结石的效能。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

均一密度结石中，结石边缘、中心及中间区域的显微红外光谱分析结果均一致，故取其中1个样本纳入研究。共对232个样本行显微红外光谱分析，并测量其对应CT值，其中129个样本为胆固醇成分，59个为胆红素钙成分，44个为罕见成分(包括蛋白质成分、软脂酸钙成分、羟基碳酸磷灰石成分等)，见图1～3。200例中，DSCT显示均一密度结石171例，其中101例为胆固醇类结石，70例为胆红素钙类结石；混杂密度类结石29例。

2.1 DSCT对胆囊阴性结石的检出率 在101例胆固醇类结石中，90例在融合图像中显示为阴性。90例阴性结石中，80 kV图像检出80例，表现为低密度，检出率为88.89%(80/90)；140 kV图像检出69例，表现为高密度，检出率为76.67%(69/90)，见表1；联合80 kV和140 kV图像，检出率为100%(90/90)。阴性结石的CT值差值为(-36.61±7.64)HU，胆汁为 (-0.89±2.33)HU，差异有统计学意义(t=-42.427，P<0.001)。

表1 胆囊阴性结石在80 kV图像和140 kV图像密度表现(例)

2.2 不同结石成分CT值比较 胆固醇成分结石的80 kV 图像CT值、140 kV 图像CT值、CT值差值、CT值比值均低于胆红素钙成分及罕见成分结石(P均<0.05)，而胆红素钙与罕见成分结石间差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表2。

2.3 CT值对胆固醇类与非胆固醇类结石的诊断效能 80 kV 图像CT值、140 kV 图像CT值、CT值差值、CT值比值对胆固醇类与非胆固醇类结石的诊断效能见表3，其中80 kV图像 CT值和CT值差值诊断胆固醇类与非胆固醇类结石的敏感度和特异度均为100%。

3 讨论

显微红外光谱法取材方便，分析速度快，敏感度和可重复性高，已成为目前分析体外结石成分的最佳方法。本研究以显微红外光谱分析作为胆囊结石成分分析的金标准[10-11]。

随成分不同，胆囊结石在CT图像上可表现为低密度、等密度及高密度。常规CT较易诊断高密度及低密度结石，但极易漏诊等密度结石[12]。传统CT设备采用混合X线能量成像，计算出的CT值相当于混合能量等效值，影响其对等密度病灶的检出率[13]。本研究中80 kV和140 kV图像联合可检出全部阴性结石，检出率为100%，且阴性结石与胆汁间CT值差值的差异有统计学意义(t=-42.427，P<0.001)，提示双能量成像中，等密度胆固醇类结石与胆汁因成分不同，随管电压改变显示出不同衰减值，由此可加以区分。

目前国际上关于DSCT双能量技术分析胆囊结石成分的研究[14-15]多限于体外研究，Voit等[14]对结石的灰阶图像进行了分析，并未进行CT值测量及比较，由于不同观察者的视觉标准不同，难以准确、客观地评价结石成分。本研究结果显示胆固醇成分结石的80 kV 图像CT值、140 kV图像 CT值、CT值差值、CT值比值与非胆固醇成分结石(胆红素钙和罕见成分结石)差异均有统计学意义(P均<0.05)。胆固醇成分结石的80 kV图像CT值与非胆固醇成分结石之间CT值无重叠，以62 HU作为诊断胆固醇成分的临界值，其敏感度和特异度均为100%，提示其对鉴别诊断胆固醇类结石与非胆固醇类结石具有较高价值。

表2 不同结石成分间80 kV图像 CT值、140 kV 图像CT值、CT值差值、CT值比值比较[中位数(上下四分位数)]

注：*：与胆固醇成分比较，P<0.05

表3 80 kV图像 CT值、140 kV 图像CT值、CT值差值、CT值比值鉴别胆固醇类与非胆固醇类结石的效能

图1 患者女，46岁，胆囊胆固醇类结石 A.80 kV图像，结石为低密度； B.140 kV图像，结石为等密度； C.显微红外光谱分析图示结石为胆固醇成分； D.结石标本 图2 患者女，52岁，胆囊胆红素钙类结石 A、B.分别为80 kV和140 kV图像，结石均为高密度； C.显微红外光谱分析图示结石为胆红素钙成分； D.结石标本 图3 患者男，49岁，胆囊混合类结石 A、B.分别为80 kV、140 kV图像，结石均表现为外周稍高密度、中心更高密度； C.结石外周显微红外光谱分析图示蛋白质成分； D.结石中心显微红外光谱分析图示胆红素钙成分

本研究对140 kV图像以CT值70 HU为诊断胆固醇成分的临界值，其敏感度和特异度分别为99.2%、92.2%；其中1个胆红素钙成分样本的CT值为 49 HU，6个蛋白质成分的CT值为52～73 HU，3个软脂酸钙成分的CT值为60～62 HU，均与胆固醇成分CT值有重叠，可能与上述胆红素钙及软脂酸钙成分样本中含钙量较低，且胆红素、软脂酸和蛋白质成分在140 kV条件下与胆固醇成分衰减差别不大有关。

本研究胆固醇成分的CT值差值为-61～-14 HU，胆红素钙成分为19～501 HU，罕见成分为9～486 HU，胆固醇成分与非胆固醇成分间无重叠，以-2 HU作为诊断胆固醇成分的临界值，其敏感度和特异度均为100%，可准确鉴别胆固醇成分与非胆固醇成分结石。研究结果提示，结石中胆固醇成分的衰减值随管电压的增大而增大，而非胆固醇成分的衰减值随管电压的增大而减小。

Bauer等[7]在体外研究条件下获得的纯胆固醇类结石80 kV图像的CT值为-1～-15 HU，140 kV图像的CT值为17～29 HU，与本研究结果不同。究其原因：①Bauer等[7]虽然对体外环境进行了优化设置，但与体内环境仍有一定差异；②扫描参数设置不全相同；③样本量不同，Bauer等[7]仅对35例结石的45个不同密度区进行了双能量分析；④未对CT值差值进行研究，而CT值差值最能体现DSCT双能量成像的原理及价值，即不同物质随管电压改变而产生不同的衰减差别。

本研究的局限性主要在于罕见成分类样本量较少，未能分别与类固醇类及胆红素钙类成分进行对比分析，尚需扩大样本量进一步研究。

综上所述，DSCT双能量成像可明显提高对阴性结石的检出率，有效预测胆固醇成分与非胆固醇成分，为临床选择最佳治疗方案提供参考依据。