双源CT双能量成像技术在肾结石定性分析中的应用价值

代召刚 刘 斌 周 勇

肾结石是泌尿系统较为常见的一类疾病，可引起尿路梗阻、肾绞痛、急性肾盂肾炎等临床表现，严重者可能引起败血症以及终末期肾病[1-3]。临床治疗中，肾结石成分的不同对治疗方案的选择有一定的影响[3]。因此，了解结石的成分对于疾病诊治有重要意义。双 源 CT（dual-source computed tomography，DSCT）双能量成像技术通过在一次扫描过程中同时进行高能量和低能量扫描，使其拥有了对电子密度相同但光子吸收能力不同结石的鉴别能力[4-6]。因此，通过DSCT对结石进行定位的同时，可以获得能量图像，使得对结石成分的分析成为可能。本研究通过DSCT对离体肾结石成分进行分析并以红外光谱法结果作为对照，探讨DSCT下分析结石相关数值及结果对结石成分定性的应用价值。

方 法

1.临床资料

收集我院肾结石患者的离体结石96例，其中男57例，女39例；年龄23～72岁，平均年龄为(47.3±12.4)岁。

2.结石样本包埋

结石标本使用蒸馏水冲洗干净后放入烤箱内烘干，编号备用。扫描前将结石标本依次置入市售新鲜猪肾肾盂内，轻揉结石部位使其与猪肾组织紧密贴合，并尽可能排出其中的空气。将塑料针签插入猪肾上极以作标记，平行放置盛水容器中供CT扫描使用。

3.扫描仪器与方法

采用Siemens Somatom Definition DSCT进行140kVp及80kVp双能量扫描。X线A管电压140kVp，有效电流 68mAs ；X 线B管电压80kVp，有效电流374mAs，Pitch 0.7，探测器准直20×0.6 mm，球管旋转时间0.5s，扫描野17cm×17cm，重建层厚0.75mm，重建间距0.50mm，卷积核B30f中度平滑，扫描获得140kV、80kV图像。

4.图像分析

由2名高年资CT诊断医师对图像及数据进行独立分析，意见不一致时请上级医师综合分析并达成共识。使用Siemens MMWP(软件版本VE40B)工作站中进行数据测量及结石类型分析。在Viewing软件中采用同步勾画法对结石数据进行测量：同时导入80kV 和140kV图像（窗宽 300HU，窗位45HU），取140kV 图像结石最大面积的横断面图像（距离结石边缘内约lmm 手工勾画兴趣区）测量双能量下CT值，并计算取其平均值；兴趣区（region of interest，ROI）自动关联到80kV，加权平均图像的相同位置(图1)。测量的CT值分别采用CT值140kV、CT值80kV表示。CT值差值= CT值80kVCT值140kV， CT 值 比 值 =CT 值80kV/CT 值l40kV，DEI=(CT值80kV-CT值140kV)/(CT值80kV+CT值140kV+2000)。断层融合值=[(X低-33)/（X高-30)-1.15]×100。在Dual Energy软件中进行结石类型分析：将140 kV和80kV 图像同时导入Dual energy软件，在子菜单选择Kidney stones，通过调整斜率（1.15，1.3，1.4）得到结石的彩色编码图像（图2）。

5.结石测量及红外光谱法分析

使用电子游标卡尺（CD-6ASX，日本三丰，精度 0.01mm）测量结石最大径， 并对大于1cm 结石进行分割。处理后采用红外光谱自动分析仪（LIIR-20，天津蓝莫德科学仪器有限公司）对结石成分进行分析，将结石成分为草酸钙，羟基磷灰石，无水尿酸及胱氨酸类纳入分析研究。

6.统计学处理

采用 SPSS16.0对各组数据进行分析，数据如不符合正态分布，采用中位数（P25，P75）进行描述，采用 Kruskal-Wallis H 检验比较不同类型肾结石经 DSCT 检测的各指标差异，两两比较采用Bonferroni 法；应用受试者工作特征（ROC）曲线分析经 DSCT 检测的各指标对不同类型结石预测作用，计算各指标在最佳临界值处的灵敏度、特异度和约登指数。P＜0.05表示差异有统计学意义。

结 果

1.红外光谱结石成分分析

所有离体结石经红外光谱分析后，结石成分见表1。由表可知，96例结石中，除3例为混合结石外，72例为草酸钙结石，占75%，13例为尿酸结石，8例为羟基磷灰石结石，无胱氨酸结石检出。

2.DSCT结石成分分析

本研究中共测量96例结石，3例混合结石数据未纳入统计分析。将93例单纯性成分结石经DSCT检测结石CT值差值、CT值比值、DEI和断层融合值，比较尿酸结石、羟基磷灰石结石和草酸钙结石三种类型各检测指标的差异，结果(表1)显示三种结石各检测指标（CT值差值、CT值比值、DEI和断层融合值）

两两间差异均有统计学意义（χ2=43.474，P＜0.001；χ2=44.958，P＜0.001；χ2=44.813，P＜0.001；χ2=44.872，P＜0.001）。

表1 不同肾结石的CT值差值、CT值比值、DEI和断层融合值的比较分析

表2 经DSCT检测出各指标对肾结石类型预测的灵敏度、特异度和曲线下面积

表3 不同成分肾结石经DSCT双能量成像技术检测结果分析

图1 结石CT值ROI勾画及测量。

图2 双能量结石成分分析及Overlay值测量。

图3 CT值差值、CT值比值、DEI和断层融合值对肾结石类型预测的ROC曲线。A.草酸钙结石；B.尿酸结石；C.羟基磷灰石结石。

3.CT值差值、CT值比值、DEI和断层融合值对肾结石类型的预测价值

采用ROC曲线来分析经DSCT检测出的各指标对不同类型肾结石的预测价值，见图3。经DSCT检测出各指标对肾结石类型预测的灵敏度、特异度、约登指数和曲线下面积见表2。由表可知，CT值差值、CT值比值、DEI和断层融合值对草酸钙结石和尿酸结石均有很好的预测价值，曲线下面积均＞0.95，灵敏度和特异度均＞90%。

4.DSCT双能量成像技术对肾结石成分检测结果分析

经DSCT双能量成像技术检测，对于草酸钙结石、尿酸结石、羟基磷灰石结石检测的灵敏度分别为 97.2%、84.6%、75%， 特 异 度 分 别 为 90.5%、98.8%、100%， 准 确 度 分 别 为 95.7%、96.8%、97.8%。详见表 3。

讨 论

肾结石是一种全球性的疾病，患病率约为10%～15%，治疗后10年复发率可高达50%[7]，其病因复杂，发病机制与遗传、代谢、内分泌、饮食和生活习惯等多种因素具有相关性[8]。结石因不同大小、性质、部位等因素会对人体产生不同的危害，而不同性质的结石所采用的治疗方案均有所不同，治疗后针对性预防方案亦存在较大差异，因此了解结石的性质对治疗方案的选择及治疗后的预防有着积极的意义。

近年来体外冲击波碎石术（extracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL）已成为治疗泌尿系统结石的首选方法，不同性质的结石其硬度及易碎程度均有所不同，其所选择的冲击波强度亦可进行相应调整，在保证碎石效果的同时尽可能减少和减轻术后并发症的发生[9]，因此术前能够明确结石的性质对治疗方案的选择有着较为明确的意义。本研究参考以往文献[9-10]的方法并做了进一步改进与探索，在单纯性软件伪彩肉眼直观结果分析上，进一步对结石各组图像采用同步勾画法进行数据测量，并进行了CT值差值、CT值比值、DEI的量化结果分析，并在此基础上根据软件模型计算方法进行了校正，引入了“断层融合值”，其量化结果更为直观，且研究中三类结石数据表达更具差异性，尿酸类结石断层融合值为（-18.0～-9.2），羟基磷灰石断层融合值为（19.7～24.3），草酸钙类结石断层融合值为（33.2～39.0）。弥补了以往文献报道所指出的小结石（直径＜5mm）伪彩编码异常，无法进行结石性质有效识别问题[11]。但本次研究中未纳入混合性结石进行研究，在后续研究中需加大样本数量，总结数值特点，为混合型结石在量化值方面的特点作基础性分析。

本研究采用红外光谱法作为参照标准，对结石直径＞1cm结石采用分割法光谱分析，DSCT测量采用同步勾画结石最大层面法，进一步减小了因结石体积过大而造成的测量误差。研究结果表明在尿酸结石、羟基磷灰石、草酸钙结石中CT值差值、CT值比值、DEI和断层融合值方面与光谱分析结果一致性较高，这与崔慎栋[2，11]等人的报道基本一致。但本研究中未收集到胱氨酸类结石标本，需在进一步实验中作针对性分析研究。

本研究采用ROC曲线评估了经DSCT检测出的各指标对于草酸钙结石、尿酸结石和羟基磷灰石结石的预测价值，对于草酸钙结石和尿酸结石，各相关指标在ROC中曲线下面积均＞90%，而羟基磷灰石结石各指标在ROC中曲线下面积均＜90%，这提示DSCT对草酸钙结石和尿酸结石有很好的预测价值，对草酸钙结石和尿酸结石灵敏度和特异度均在90%以上；这与程仲元等[12]利用数据库多文献统计双能CT诊断在体泌尿系统尿酸盐和草酸盐结石Meta分析结果基本一致。而对于羟基磷灰石结石，特异度均为100%，但灵敏度不如草酸钙结石、尿酸结石，这一方面与此类结石标本数量较少有关，另一方面可能与羟基磷灰石结石与部分其他类结石电子对密度差异较小在本研究中采用的统计数据类别上有所重叠有关。在后续研究中将会加大样本数量，并寻找不同的数据类别方法以进一步提高鉴别灵敏度。

最后，本研究通过DSCT对结石成分进行分析发现：草酸钙结石、尿酸结石和羟基磷灰石结石预测的准确性分别为95.7%、96.8%和97.8%，这与之前文献报道类似。王延东等[13]根据已知成分的结石建立对照库，然后应用DSCT手段在术前原位进行结石成分分析，结果发现尿酸结石和含钙结石原位分析的准确性分别为100%和86%，提示DSCT可能对肾结石进行准确的原位定性诊断。张玉娇等[3]对57例进行双能量能谱CT扫描的尿路结石患者进行回顾分析，结果提示双能量能谱CT 通过有效原子序数结合直方图诊断体内纯尿酸结石、纯非尿酸结石、混合结石准确性高，可准确区分尿酸及非尿酸结石。另外，有文献指出，术前双源CT扫描成分分析能够有效区分尿路结石化学成分，如尿酸结石、草酸盐结石、磷酸盐结石和胱氨酸结石，与红外光谱结石分析结果有较好的一致性[14]。

本研究存在一定的局限性，首先，样本量较小，结石主要以草酸钙结石为主，羟基磷灰石结石很少，无胱氨酸结石；其次，本次研究是对离体肾结石建立水模后进行DSCT检测，而并非对肾结石进行原位定性分析。后续研究中，在扩大样本量的同时积极探索DSCT在肾结石原位定性诊断中的价值，提高其诊断准确度及临床可信任性，为结石的治疗和预防提供参考。

综上所述，本次研究表明DSCT双能量成像技术在离体肾结石成分分析中准确度高，为DSCT双能量成像技术应用于肾结石原位定性诊断提供了一定的依据。

（致谢：感谢合肥市第一人民医院集团滨湖医院影像科王自勇等同道和安徽医科大学硕士研究生陈玲学长在研究期间给予的技术指导和帮助。）