離體膽結石成分能譜CT分析

張子田，李松柏*，韓向軍，王 洋，王嘉奇

(1.中國醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 沈陽 110001；2.中國醫科大學公共基礎學院化學教研室，遼寧 沈陽 110001)

膽結石病是我國較為常見的胃腸道疾病之一，在部分地區其發病率呈上升趨勢[1]。膽結石形成原因復雜，涉及膽汁代謝、遺傳、不良生活習慣及炎癥感染等方面[2]。對于膽結石病的影像學檢查方法多樣，但多局限于診斷膽結石病，而對膽結石成分本身的研究則較少。現階段臨床治療膽結石主要以膽囊切除術為主，存在膽汁反流性胃炎、膽管損傷、消化道腫瘤發病率升高、膽總管結石發病率增加及易出現假性動脈瘤等問題[3-4]，尋求更加安全、禁忌證少、損傷小的治療方法是必然趨勢，尤其對于部分由于各種原因難以接受膽囊切除術的患者，采用介入手段對膽結石進行膽囊內溶石的保膽治療將是很好的治療方法。由于部分膽結石為分層結構，且對不同成分結石所使用的溶石劑不同，分析膽結石成分十分必要。目前對于在體膽結石的分析方法罕有報道。本研究收集54枚離體膽結石進行能譜CT掃描，使用紅外光譜分析測定結石成分，探討能譜CT圖像及參數與膽結石成分的關系。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2017年1—12月54例于我院接受膽囊切除術患者的塊狀膽囊結石，共54枚。排除直徑<0.5 cm結石及膽囊切除術中及術后出現破損的結石。

1.2 儀器與方法 將結石分別放入直徑1.5 cm、長度5.5 cm的試管，填充生理鹽水(模擬膽汁)并排空氣泡，以隨機數表法編號，并將試管放入充滿生理鹽水的水模中，以僅充滿生理鹽水的試管作為空白對照。

采用GE Discovery CT 750HD寶石能譜CT機，電壓為高低能量(80 kVp/140 kVp)瞬時(0.5 ms)切換，螺距0.984∶1，螺旋掃描速度0.6秒/圈，矩陣512×512。

1.3 圖像分析 將圖像導入GE AW 4.6工作站，利用基物質圖像和單能量圖像獲得結石邊緣與試管中生理鹽水對比度最佳的圖像，分別于軸位、冠狀位及矢狀位結石最大層面勾畫ROI，對于均質結石盡量靠近結石內部選擇ROI，對非均質結石則先分層測量，再測量整個結石的ROI，盡量避免結石邊緣導致的部分容積效應。所取ROI面積3.66～83.00 mm2，平均26.93 mm2。將40～100 keV的CT值均值定義為結石的平均CT值，測量3次取均值；計算CT值斜率和鈣水比值(calcium-water ratio, CWR)：斜率=(40 keV CT值-100 keV CT值)/60，CWR=鈣基圖值/水基圖值；直接獲得能譜曲線及有效原子序數(effective atomic number, Zeff)。

1.4 結石成分分析與分組 采用傅立葉紅外光譜檢測結石的主要成分，利用結石內有效物質的標準品制定標準曲線，OMNIC軟件確定有效成分特征吸收峰的位置，并將光譜分析結果與標準圖譜對照，最終確定結石的主要成分，測量有效成分的峰高。根據紅外光譜分析，將結石主要成分分為膽固醇、膽紅素鈣、碳酸鈣及硬脂酸鈣。

將僅含膽固醇特征峰的結石歸為純膽固醇結石組；含有其他成分特征峰的膽結石歸為非純膽固醇結石組，其中含有硬脂酸鈣特征峰的結石歸為硬質酸鈣結石亞組，含有膽紅素且不含硬脂酸鈣的結石歸為膽紅素鈣結石亞組，含有碳酸鈣特征峰的結石歸為碳酸鈣結石亞組[5-6]。此外，根據能譜CT所見將純膽固醇結石組分為均質和非均質膽固醇結石亞組。

1.5 統計學分析 采用SPSS 25.0統計分析軟件對各組能譜CT參數進行正態分析，符合正態分布的資料以±s表示，非正態分布的資料以中位數(上下四分位數)表示；對純膽固醇組和非純膽固醇組、硬質酸鈣和膽紅素鈣結石亞組能譜CT參數行Mann-WhitneyU檢驗；繪制ROC曲線，獲得AUC及鑒別純膽固醇及非純膽固醇結石的閾值，計算敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值和診斷準確率。采用Medcalc統計分析軟件，采用DeLong法比較各參數用于鑒別純膽固醇及非純膽固醇結石的AUC；P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

54枚結石中，純膽固醇結石組32枚，其中均質膽固醇結石亞組20枚、非均質膽固醇結石亞組12枚；非純膽固醇組22枚，其中硬質酸鈣結石亞組6枚、膽紅素鈣結石亞組13枚、碳酸鈣結石亞組3枚。因碳酸鈣結石亞組結石樣本數少，未納入數據統計分析。

均質膽固醇結石能譜CT曲線呈稍平緩的升高、下降型(圖1)；非均質膽固醇結石內核能譜CT曲線呈弓背向上的弧形，外殼呈稍平緩的升高、下降型(圖2)；膽紅素鈣結石呈弓背向下型(圖3)；碳酸鈣結石呈較陡的弓背向下型(圖4)；膽固醇、碳酸鈣混合結石內核呈典型的弓背向上型，外部呈較陡的弓背向下型(圖5)；硬脂酸鈣結石則呈弓背向下型曲線(圖6)。

純膽固醇結石組與非純膽固醇結石組、均質膽固醇結石亞組與膽紅素鈣結石亞組CT值、Zeff、斜率、CWR差異均有統計學意義(U=70.00、46.00、31.00、41.00，48.00、27.00、25.00及34.00，P均<0.01)；其余組別比較差異均無統計學意義(P均>0.05)；見表1。

各能譜參數鑒別診斷純膽固醇與非純膽固醇結石的效能見表2，ROC曲線見圖7。AUC差異均無統計學意義(P均>0.05)，各能譜參數的診斷效能均較好。

3 討論

關于膽固醇結石成分的CT研究較少，基于普通混合能量CT對膽結石成分的研究[7-8]參數單一。Kim等[7]認為虛擬平掃CT診斷膽結石有中等程度準確率，對檢出膽結石有重要價值；Lee等[8]采用CT虛

表1 各組膽結石相關能譜參數

表2 能譜CT各參數鑒別診斷純膽固醇與非純膽固醇結石的效能

圖1 均質膽固醇結石 A.能譜CT表現; B.能譜曲線呈稍平緩的升高、下降型 圖2 非均質膽固醇結石 A.能譜CT表現; B.能譜曲線示內核呈弓背向上的弧形，外殼呈稍平緩的升高、下降型 圖3 膽紅素鈣結石 A.能譜CT表現; B.能譜曲線弓背向下型 圖4 碳酸鈣結石 A.能譜CT表現; B.能譜曲線接近純鈣物質，呈較陡的弓背向下型

圖5 膽固醇、碳酸鈣混合結石 A.能譜CT表現; B.能譜曲線示內核呈典型的弓背向上型，外部呈較陡的弓背向下型 圖6 硬脂酸鈣結石 A.能譜CT表現; B.能譜呈弓背向下型曲線

圖7 各能譜參數鑒別純膽固醇結石與非純膽固醇結石的ROC曲線

擬平掃和真實平掃，發現虛擬平掃診斷膽固醇結石的敏感度大于真實平掃，但對于鈣類結石的診斷敏感度低于真實平掃。Chen等[9]研究發現能譜圖像(40 keV、140 keV、鈣基質和脂基質圖像)的結石能見度與普通混合能量CT有明顯差異，本研究結果與之較為相符，提示根據不同單能量CT圖像可明確診斷多數膽結石。

臨床對均質膽固醇結石和膽紅素鈣結石需要采用不同的溶石劑，因此明確結石成分對于治療結石十分關鍵。目前鮮見采用雙能量CT研究膽結石成分的報道。Bauer等[10]采用雙源CT對膽結石成分進行體外研究，以紅外光譜結果作為金標準，發現通過雙能量成像可準確獲得膽固醇結石(膽固醇成分多于70%且無鈣質成分)的CT值，且采用CT值鑒別純膽固醇與非純膽固醇結石的敏感度為95%，特異度為100%，與本研究的結果相近，但Bauer等[10]研究采用雙源CT，而本研究采用能譜CT，可獲得較CT值更多的參數，如Zeff、能譜曲線等，并一次性獲得從40～140 keV的單能量圖像。此外，Bauer等[10]研究的純膽固醇結石為均質結石，而本研究將膽固醇結石分為均質結石及有內核和外殼的非均質結石。雖然均質和非均質膽固醇結石紅外光譜特征峰基本相同，但本組均質膽固醇結石能譜曲線較為平緩，非均質膽固醇結石的內核呈弓背向上的弧形曲線，而外殼曲線特征則與均質膽固醇結石較接近。本研究發現含低密度內核及稍高密度外殼的結石均為非均質膽固醇結石；能譜曲線呈弓背向上者則均為膽固醇結石。本研究中碳酸鈣結石亞組的Zeff及能譜曲線均接近已知純物質鈣，但因數量少，未進行統計學分析，值得進一步研究。本研究中均質膽固醇結石亞組中部分結石的能譜曲線呈下降型，與膽紅素鈣結石亞組的能譜曲線出現部分重疊，但其能譜CT各參數差異均有統計學意義，可資鑒別。本研究膽紅素鈣結石亞組樣本量較小，有待擴大樣本量進一步觀察。

既往Voit等[11]采用雙能量CT掃描離體膽結石，但敏感度較低；其對膽結石僅根據大體病理學分類，未進行相關檢測。本研究所得純膽固醇及非純膽固醇結石的ROC曲線表明，CT值、斜率、Zeff、CWR均有良好的診斷價值，敏感度和特異度均較高。

本研究的局限性：膽結石均為術后收集的標本，未記錄患者相關臨床病史及信息；在未觀察CT圖像的情況下直接將結石壓碎，對分層結構無法逐一確認各層成分；樣本量較小，部分結石類型數量少，可能存在偏倚。

總之，能譜CT可作為鑒別離體純膽固醇及非純膽固醇結石的有效方法，不同成分膽結石的能譜CT曲線存在差異，使得能譜CT對于膽結石成分分析有重要參考價值。