雙源CT雙能量成像在體分析膽囊結石成分研究

米利曉，孫建男，趙恒宇，趙 春，蔣延彬，王坤鵬，陳秀梅，王莉娜

(1.石家莊市第四醫院醫學影像科，河北 石家莊 050011；2.大慶油田總醫院CT室，黑龍江 大慶 163000；3.牡丹江醫學院醫學影像學院，黑龍江 牡丹江 157011)

膽囊結石根據成分不同可大致分為膽固醇類結石、膽紅素鈣類結石、混合類結石及其他罕見類結石[1]。目前非手術療法已成為膽囊結石治療的重要組成部分，結石成分不同，所用治療方案及預防方案也不同[2-3]。普通螺旋CT鑒定結石成分價值有限[4-5]。雙源CT(dual source CT， DSCT)雙能量技術以不同能量X線同時照射組織，用以區分不同物質對不同能量X線的衰減差別，可由此鑒別組織成分[6]。本研究探討采用DSCT雙能量成像分析在體膽囊結石成分的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2016年4月—2017年12月大慶油田總醫院經臨床診斷且接受膽囊切除術的200例膽囊結石患者，男71例，女129例，年齡27～85歲，中位年齡56歲；排除膽囊結石最大徑<5 mm者和圖像質量差、不能滿足分析要求者。對所有患者均于術前7天行DSCT掃描，術后2天內以顯微紅外光譜分析結石標本。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Somatom Definition Flash第二代雙源CT機。檢査前囑患者禁食8 h，并對患者進行屏氣訓練。選擇雙能腹部協議進行掃描，掃描范圍自膈頂至肝下緣，膽囊腫大超出肝下緣時擴大掃描范圍，直至包含完整膽囊。掃描參數：A球管電壓80 kV，管電流424 mAs，B球管電壓140 kV，管電流164 mAs，掃描時開啟CARE Dose 4D，螺距0.7，球管旋轉時間0.5 s，掃描層厚5 mm，重建層厚0.75 mm，層間隔0.5 mm，卷積函數采用B30f medium smooth，融合因子0.3。

1.3 CT圖像分析 將圖像傳至Siemens Syngo MultiModality Workplace工作站，重建80 kV、140 kV及融合圖像，其中融合圖像由70%的140 kV和30%的80 kV圖像融合而成，相當于常規120 kV圖像[7]。觀察3組圖像中的結石密度，均與同一患者膽汁密度比較，將融合圖像中未明確顯示(密度與膽汁相同)的結石定義為“陰性結石”，計算80 kV、140 kV圖像對膽囊陰性結石的檢出率。

在Viewing界面同時打開80 kV和140 kV圖像，根據結石密度表現分為均一密度結石和混合密度結石。對均一密度結石，取最大徑層面中心1/2～2/3區域作為ROI，測量其80 kV、140 kV圖像的CT值；對混合密度結石分別測量不同密度區域，盡量保證80 kV、140 kV圖像的ROI在同一位置，每個區域測量3次，計算其平均值。計算CT值差值及CT值比值[8]，CT值差值=80 kV圖像CT值-140 kV圖像CT值，CT值比值=80 kV圖像CT值/140 kV圖像CT值。膽囊多發結石間成分無明顯差異[9]，故對多發結石患者取最大1枚納入研究。以相同方法計算膽汁的CT值差值。

1.4 顯微紅外光譜分析 采用Thermo Fisher Scientific Nicolet iN10TM顯微紅外光譜儀。收集結石標本，以生理鹽水洗凈后晾干。對均一密度結石，于結石的邊緣、中心及邊緣與中心之間的中間區域分別取約1～2 mm3大小樣本進行分析；對混合密度結石不同密度區均進行3次取樣分析，取樣時盡可能與DSCT圖像中每個密度區的ROI位置相一致。將樣本固定于衰減全反射(attenuated total reflection， ATR)載物板，以ATR采集模式對樣本區域進行定位，設計適當采集參數及壓力模式，采集并保存樣本圖譜，計算機自動檢索數據庫，與標準結石圖譜進行比對后產生分析報告，將樣本分為膽固醇成分、膽紅素鈣成分和罕見成分。

1.5 統計學分析 采用SPSS 20.0統計分析軟件。符合正態分布的計量資料以±s表示，2組間比較采用獨立樣本t檢驗；不符合正態分布者以中位數(上下四分位數)表示。計數資料以頻數、率或構成比表示。以Kruskal-WallisH檢驗比較不同成分結石間80 kV 圖像CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值和CT值比值的差異，組間兩兩比較采用Nemenyi檢驗。以顯微紅外光譜分析結果為金標準，繪制ROC曲線評價80 kV圖像 CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值和CT值比值鑒別膽固醇類結石與非膽固醇類結石的效能。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

均一密度結石中，結石邊緣、中心及中間區域的顯微紅外光譜分析結果均一致，故取其中1個樣本納入研究。共對232個樣本行顯微紅外光譜分析，并測量其對應CT值，其中129個樣本為膽固醇成分，59個為膽紅素鈣成分，44個為罕見成分(包括蛋白質成分、軟脂酸鈣成分、羥基碳酸磷灰石成分等)，見圖1～3。200例中，DSCT顯示均一密度結石171例，其中101例為膽固醇類結石，70例為膽紅素鈣類結石；混雜密度類結石29例。

2.1 DSCT對膽囊陰性結石的檢出率 在101例膽固醇類結石中，90例在融合圖像中顯示為陰性。90例陰性結石中，80 kV圖像檢出80例，表現為低密度，檢出率為88.89%(80/90)；140 kV圖像檢出69例，表現為高密度，檢出率為76.67%(69/90)，見表1；聯合80 kV和140 kV圖像，檢出率為100%(90/90)。陰性結石的CT值差值為(-36.61±7.64)HU，膽汁為 (-0.89±2.33)HU，差異有統計學意義(t=-42.427，P<0.001)。

表1 膽囊陰性結石在80 kV圖像和140 kV圖像密度表現(例)

2.2 不同結石成分CT值比較 膽固醇成分結石的80 kV 圖像CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值、CT值比值均低于膽紅素鈣成分及罕見成分結石(P均<0.05)，而膽紅素鈣與罕見成分結石間差異均無統計學意義(P均>0.05)，見表2。

2.3 CT值對膽固醇類與非膽固醇類結石的診斷效能 80 kV 圖像CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值、CT值比值對膽固醇類與非膽固醇類結石的診斷效能見表3，其中80 kV圖像 CT值和CT值差值診斷膽固醇類與非膽固醇類結石的敏感度和特異度均為100%。

3 討論

顯微紅外光譜法取材方便，分析速度快，敏感度和可重復性高，已成為目前分析體外結石成分的最佳方法。本研究以顯微紅外光譜分析作為膽囊結石成分分析的金標準[10-11]。

隨成分不同，膽囊結石在CT圖像上可表現為低密度、等密度及高密度。常規CT較易診斷高密度及低密度結石，但極易漏診等密度結石[12]。傳統CT設備采用混合X線能量成像，計算出的CT值相當于混合能量等效值，影響其對等密度病灶的檢出率[13]。本研究中80 kV和140 kV圖像聯合可檢出全部陰性結石，檢出率為100%，且陰性結石與膽汁間CT值差值的差異有統計學意義(t=-42.427，P<0.001)，提示雙能量成像中，等密度膽固醇類結石與膽汁因成分不同，隨管電壓改變顯示出不同衰減值，由此可加以區分。

目前國際上關于DSCT雙能量技術分析膽囊結石成分的研究[14-15]多限于體外研究，Voit等[14]對結石的灰階圖像進行了分析，并未進行CT值測量及比較，由于不同觀察者的視覺標準不同，難以準確、客觀地評價結石成分。本研究結果顯示膽固醇成分結石的80 kV 圖像CT值、140 kV圖像 CT值、CT值差值、CT值比值與非膽固醇成分結石(膽紅素鈣和罕見成分結石)差異均有統計學意義(P均<0.05)。膽固醇成分結石的80 kV圖像CT值與非膽固醇成分結石之間CT值無重疊，以62 HU作為診斷膽固醇成分的臨界值，其敏感度和特異度均為100%，提示其對鑒別診斷膽固醇類結石與非膽固醇類結石具有較高價值。

表2 不同結石成分間80 kV圖像 CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值、CT值比值比較[中位數(上下四分位數)]

注：*：與膽固醇成分比較，P<0.05

表3 80 kV圖像 CT值、140 kV 圖像CT值、CT值差值、CT值比值鑒別膽固醇類與非膽固醇類結石的效能

圖1 患者女，46歲，膽囊膽固醇類結石 A.80 kV圖像，結石為低密度； B.140 kV圖像，結石為等密度； C.顯微紅外光譜分析圖示結石為膽固醇成分； D.結石標本 圖2 患者女，52歲，膽囊膽紅素鈣類結石 A、B.分別為80 kV和140 kV圖像，結石均為高密度； C.顯微紅外光譜分析圖示結石為膽紅素鈣成分； D.結石標本 圖3 患者男，49歲，膽囊混合類結石 A、B.分別為80 kV、140 kV圖像，結石均表現為外周稍高密度、中心更高密度； C.結石外周顯微紅外光譜分析圖示蛋白質成分； D.結石中心顯微紅外光譜分析圖示膽紅素鈣成分

本研究對140 kV圖像以CT值70 HU為診斷膽固醇成分的臨界值，其敏感度和特異度分別為99.2%、92.2%；其中1個膽紅素鈣成分樣本的CT值為 49 HU，6個蛋白質成分的CT值為52～73 HU，3個軟脂酸鈣成分的CT值為60～62 HU，均與膽固醇成分CT值有重疊，可能與上述膽紅素鈣及軟脂酸鈣成分樣本中含鈣量較低，且膽紅素、軟脂酸和蛋白質成分在140 kV條件下與膽固醇成分衰減差別不大有關。

本研究膽固醇成分的CT值差值為-61～-14 HU，膽紅素鈣成分為19～501 HU，罕見成分為9～486 HU，膽固醇成分與非膽固醇成分間無重疊，以-2 HU作為診斷膽固醇成分的臨界值，其敏感度和特異度均為100%，可準確鑒別膽固醇成分與非膽固醇成分結石。研究結果提示，結石中膽固醇成分的衰減值隨管電壓的增大而增大，而非膽固醇成分的衰減值隨管電壓的增大而減小。

Bauer等[7]在體外研究條件下獲得的純膽固醇類結石80 kV圖像的CT值為-1～-15 HU，140 kV圖像的CT值為17～29 HU，與本研究結果不同。究其原因：①Bauer等[7]雖然對體外環境進行了優化設置，但與體內環境仍有一定差異；②掃描參數設置不全相同；③樣本量不同，Bauer等[7]僅對35例結石的45個不同密度區進行了雙能量分析；④未對CT值差值進行研究，而CT值差值最能體現DSCT雙能量成像的原理及價值，即不同物質隨管電壓改變而產生不同的衰減差別。

本研究的局限性主要在于罕見成分類樣本量較少，未能分別與類固醇類及膽紅素鈣類成分進行對比分析，尚需擴大樣本量進一步研究。

綜上所述，DSCT雙能量成像可明顯提高對陰性結石的檢出率，有效預測膽固醇成分與非膽固醇成分，為臨床選擇最佳治療方案提供參考依據。