双能CT在人体泌尿系结石成分分析中的价值

蔡 磊,叶冬晖,陈剑锋,鲁 旭,孙家瑜

(四川大学华西医院：1.放射科；2.泌尿外科，四川成都 610041)

尿路结石是一种常见的临床疾病,其发病率及复发率均高[1]。根据结石成分的不同可分为草酸钙结石、胱氨酸结石、尿酸结石、羟基磷灰石等类型，其中草酸钙结石占比最高。草酸钙结石主要包含一水草酸钙结石(oxalate monohydrate，COM)、二水草酸钙结石(calcium oxalate dihydrate，COD)和碳酸磷灰石(carbonate apatite，CaP)。泌尿系结石的成分分析对临床治疗方式的选择具有指导意义，尿酸结石可选择药物溶石治疗，而草酸钙结石中一水草酸钙结石由于其结构致密、质硬，体外冲击波碎石(extracorporeal shock wave lithotripsy，ESWL)效果较差[2-4]。

多层螺旋CT运用于泌尿系结石的诊断，可精确提供结石大小、位置及毗邻等影像信息，而双能CT除具备普通多层螺旋CT的优势外，还能运用双能衰减比值、单能量图像、能谱曲线、多种基物质图像及相应基物质的定量浓度值和有效原子序数等实现多参数成像，使得CT在原有空间分辨率、时间分辨率的基础上又增加了能量分辨率及理化性质的分辨率[5]。本文以红外光谱为金标准，旨在探讨双源CT双能量参数在体内泌尿系结石成分分析中的应用价值，以期为临床治疗方式的选择提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料回顾性分析我院2016年11月至2020年6月行双能量CT平扫的104例患者的临床资料：男性72人，年龄21～79岁，平均(51.44±13.26)岁；女性32人，年龄19～79岁，平均(46.04±16.05)岁。共纳入结石147枚，经红外光谱分析，尿酸结石(UA)17枚，一水草酸钙结石(COM)55枚，一水草酸钙+二水草酸钙结石(COM+COD)56枚，一水草酸钙+二水草酸钙+碳酸磷灰石(COM+COD+CaP)19枚。

1.2 检查方法使用西门子CT Definition Flash进行腹部双能量CT平扫，患者取头先进仰卧位，扫描时屏气，扫描范围从肾上极至膀胱底，扫描条件为A球管管电压100 kV、参考管电流 210 mAs；B球管管电压 140 kV、参考管电流 162 mA；准直器宽度32 mm×0.6 mm，转速0.5 s，螺距0.9，扫描层厚5 mm，重建层厚与间隔0.75 mm。开启实时动态曝光剂量调节技术(CareDose4D)并进行非照射部位辐射防护。

1.3 图像处理及分析将患者数据调入西门子Syngo via后处理工作站，选择双能量模块进行图像分析处理，分别在两个能量下选取结石最大层面进行CT值测量，ROI的选择大于结石面积的二分之一，且离边缘至少1mm以避免部分容积效应对测量结果造成影响；计算结石双能比、双能差及双能量指数，计算公式如下：双能比=HU100 kV/HU140 kV、双能差=HU100 kV-HU140 kV、双能量指数=(HU100 kV-HU140 kV)/(HU100 kV+HU140 kV)。

2 结 果

2.1 尿酸结石与含钙结石比较A(尿酸结石)组与B(含钙结石)组双能比、双能差、双能指数比较差异均具有统计学意义(P均<0.01，表1)。

表1 尿酸结石组与含钙结石组双能参数比较

2.2 不同含钙结石组比较B(含钙结石)组中，B1、B2、B3组每两组之间双能比、双能指数比较均有统计学差异(P<0.05)，而双能差均无统计学差异(P>0.05，表2)。将B2组与B3组融合为混合结石组(B2组+B3组)，B1(一水草酸钙结石)组与混合结石组的双能比、双能指数均具有统计学差异(P<0.05，表3)，而双能差无统计学意义(P>0.05)。

表2 B(含钙结石)组中不同类型含钙结石组双能参数比较

表3 B1(一水草酸钙结石)组与混合结石组双能参数比较

2.3ROC曲线效能评价

2.3.1尿酸结石的诊断 在诊断尿酸结石与含钙结石时，双能比、双能指数、双能差受试者工作曲线AUC值分别为0.923(95%CI：0.831～1.000)、0.925(95%CI：0.832～1.000)、0.958(95%CI：0.910～1.000)。双能比截取值为1.21时敏感度为88.2%，特异度为98.5%；双能指数截取值为0.137时敏感度为88.2%，特异度为97.7%；双能差截取值为190时敏感度为88.2%、特异度为98.5%。ROC曲线如图1A。

2.3.2一水草酸钙结石诊断 双能比、双能指数在诊断一水草酸钙时，双能比、双能指数受试者工作曲线AUC分别为0.899(95%CI：0.849～0.949)、0.794(95%CI：0.719～0.870)，其中双能比优势较大，截取值为1.406时，敏感度为69.1%，特异度为93.3%，ROC曲线如图1B。

A：双能比、双能指数、双能差诊断尿酸结石；B：双能比、双能指数诊断COM。

3 讨 论

泌尿系结石的患病率及复发率普遍较高，治疗1年复发率高达10%，10年复发率可达50%[6-8]，体内泌尿系结石成分的无创分析对患者术前选择术式、明确病因及降低复发率等均可提供有力参考。双能量CT基于不同物质在不同能量水平的衰减差异，一次扫描可获得除CT值以外的多个参数以提高不同物质理化成分的区分能力，通过100 kV(80 kV)或140 kV(120 kV)两个能量下的CT值差异，计算双能比值、双能差值、双能指数等参数实现CT多参数分析，使得物质的区分不再只依赖于图像密度上的差异[9]。近年来不少研究采用双能量CT对泌尿系结石成分的区分进行了一系列探索，但多为离体研究，而体内研究较少，且体内研究中大多样本量少或结石类型单一[10-14]。本研究通过扩大样本量，增加泌尿系结石的类别，运用双能量多参数对尿酸结石与含钙结石进行鉴别分析，并进一步分析含钙结石组之间双能参数的差异，旨在探讨双能参数在人体内尿酸结石与含钙结石、一水草酸钙结石与其他类型含钙结石的鉴别能力与临床应用价值。

3.1 尿酸结石与含钙结石的鉴别尿酸结石与含钙结石的鉴别，有助于临床治疗方式的选择，尿酸盐结石可采用口服药物碱化尿液进行治疗[15-16]。本研究结果表明，基于双源双能CT能准确区分尿酸结石与含钙结石，两组结石双能比、双能差、双能量指数均具有统计学差异，且受试者工作曲线曲线下面积均较高，AUC分别0.923、0.925、0.958，其中双能差优势更大，截取值为190时，敏感度为88.2%，特异度98.5%。杨琪放等[17]采用双能比值、双能差、双能指数等参数对泌尿系结石的体外研究表明，上述参数均能很好地区分尿酸结石与其他类型的结石；ACHARYA等[12]的体内研究结果也表明，双能比和双能差值具有很高的尿酸与非尿酸结石的鉴别能力，本研究与上述报道结果基本一致。

3.2 含钙结石亚型的区分含钙结石在泌尿系结石中占比最高，钙结石中二水草酸钙结石结构疏松，ESWL疗效理想;而单一成分的一水草酸钙结石因其结构致密而质硬，采用ESWL治疗效果较差,所以术前区分一水草酸钙结石和混合成分草酸钙结石对临床术式的选择具有很大意义。本研究对130枚含钙结石进行鉴别分析，结果表明，双能比、双能指数在区分含钙结石亚型中3组比较均具有统计学差异，而双能差在区分含钙结石亚型中均无统计学意义，这与王茸等[18]采用双能CT对55枚上尿路钙结石成分分析结果基本一致。本研究中COM+COD组与COM+COD+CaP组相比较时差异不明显，这可能与CaP在混合组分中的含量有关，CaP占比少则两组混合结石差异不明显，且COM、COD、CaP 3种单一成分的钙结石的平均有效原子序数接近，X射线衰减差异不明显[19]。能否将单一成分的COM从混合含钙结石中区分出来一直是临床治疗中所关注的问题，基于此，本研究进一步将含钙结石归为一组，与纯COM进行鉴别，结果显示，双能比、双能指数受试者工作曲线AUC分别为0.899(95%CI：0.849～0.949)、0.794(95%CI：0.719～0.870)，双能比受试者工作曲线曲线下面积优于双能指数，截取值为1.406时，敏感度为69.1%，特异度为93.3%。

本研究存在局限性:①本研究尿酸结石样本较少，且含钙结石中未收集到单一成分COD或CaP结石，泌尿系结石的种类受本地结石流行病学的影响；②研究分组中混合结石包含2类或3类钙结石，而每一种结石的含量所占比例将对结果产生影响，因此，还需要扩大样本收集的数量及地域范围进行验证，而对不同结石所占比例的定量分析将是以后的研究方向。

综上所述，双能量CT可准确区分泌尿系结石中尿酸结石与含钙结石；且有助于区分含钙结石亚型，尤其是区分体外冲击波碎石疗效不好的一水草酸钙结石与其他混合成分含钙结石，在临床治疗中具有较高的应用价值。