CT能譜成像對在體非單發(fā)泌尿系結石的成分與同源性分析

傅曉彬 黃洲 崔運能

[摘要]目的 利用CT能譜成像探討非單發(fā)泌尿系結石患者在體的結石成分，并進行同源性分析。方法 收集2018年6月～2019年12月到佛山市三水區(qū)人民醫(yī)院行泌尿系CT能譜結石分析掃描檢查，且均行紅外光譜儀檢測結石成分的病例共102例，將同一患者泌尿系結石按結石部位分為同側腎臟、異側腎臟、同側腎輸尿管、異側腎輸尿管、異側輸尿管、膀胱、膀胱+腎/輸尿管7種類型。應用能譜結石分析軟件測量平均有效原子序數(shù)、有效原子序數(shù)峰值、50 keV單能量CT值、鈣水比值、能譜衰減曲線斜率、140 kVp混合能量CT值指標，并判定結石成分;同一患者在體結石成分相同判定為同源性，否則為異源性。結果 102例患者的CT能譜分析結石204個，在體結石能譜CT與紅外光譜儀檢測結果符合率為85.3%。結石成分判定結果分別為磷酸鈣類（51個）、草酸鈣類（85個）、鳥糞石類（25個）、胱氨酸類（6個）、尿酸類（23個）及混合類（14個）。5種單一成分結石的平均有效原子序數(shù)、有效原子序數(shù)峰值、50 keV單能量CT值、鈣水比值、能譜衰減曲線斜率、140 kVp混合能量CT值比較，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.01）。同源性患者占75.5%，主要以膀胱及同側腎輸尿管為主，7種類型的同源性由大到小分別為膀胱、同側腎輸尿管、異側腎臟、同側腎臟、異側輸尿管、異側腎輸尿管、膀胱+腎/輸尿管。結論 CT能譜成像可較為準確地分析在體泌尿系結石的成分，同一患者非單發(fā)泌尿系結石成分具有較高的同源性，以膀胱及同側腎輸尿管顯著。

[關鍵詞]能譜成像;體層攝影術;X線計算機;泌尿系結石;泌尿系結石成分;紅外光譜儀

[中圖分類號] R691.4 ? ? ? ? ?[文獻標識碼] A ? ? ? ? ?[文章編號] 1674-4721（2020）8（c）-0013-04

[Abstract] Objective To use CT energy spectrum to explore the in vivo stone composition of patients with non-single urinary stones， and to conduct homology analysis. Methods A total of 102 cases were collected from June 2018 to December 2019 who went to Foshan Sanshui District People′s Hospital for urinary system CT energy spectrum analysis and scanning of stones， and all cases were detected by infrared spectroscopy. Divide the same patient′s urinary tract stones into 7 types according to the stone location： ipsilateral kidney， opposite kidney， ipsilateral kidney ureter， opposite kidney ureter， opposite ureter， bladder， and bladder + kidney/ureter. Energy spectrum stone analysis software was used to measure average effective atomic number， peak value of effective atomic number， 50 keV single energy CT value， calcium to water ratio， slope of energy spectrum attenuation curve， 140 kVp mixed energy CT value， and determine the stone composition; the same patient in the same body stone composition was judged as homology， otherwise it was heterogeneity. Results A total of 204 stones were analyzed by CT energy spectrum of 102 patients， and the coincidence rate of in vivo energy spectrum and infrared spectrometer was 85.3%. The results of determining stone composition were calcium phosphate （51 stones）， calcium oxalate （85 stones）， struvite （25 stones）， cystine （6 stones）， uric acid （23 stones） and mixed （14 stones）. Comparison of the average effective atomic number， peak value of effective atomic number， 50 keV single energy CT value， calcium to water ratio， slope of energy spectrum attenuation curve， and 140 kVp mixed energy CT value of the five single-component stones， the differences were statistically significant （P<0.01）. Patients with homology accounted for 75.5%， mainly bladder and ipsilateral kidney ureter. The 7 types of homology from large to small are bladder， ipsilateral kidney ureter， opposite kidney， ipsilateral kidney， opposite ureter， opposite kidney ureter， bladder + kidney/ureter. Conclusion ?CT energy spectrum imaging can more accurately analyze the components of urinary stones in vivo. The components of non-single urinary stones in the same patient have high homology， especially the bladder and ipsilateral kidney ureter.

[Key words] Energy spectrum; Tomography; X-ray computed; Urinary stones; Urinary stones composition; Infrared spectrometer

泌尿系結石是一種常見的泌尿系統(tǒng)疾病，國內的發(fā)生率為1%～5%，南方地區(qū)高達10%[1]。泌尿系結石可分為磷酸鈣類、草酸鈣類、鳥糞石類、胱氨酸類、尿酸類及混合類[2]，而同一患者泌尿系結石并非都是單發(fā)存在的，往往是多個或多個部位同時存在，其成分可以相同或者不同。在治療泌尿系結石前，準確判定結石成分可指導臨床選擇最佳的治療方法，而非單發(fā)結石的同源性分析可以為其病因分析及制訂合理的治療方案提供依據(jù)[3]。CT檢查可以高效診斷結石的大小、位置等情況，而寶石能譜CT檢查對結石的化學成分及性質的評估具有獨特的優(yōu)勢[4]。本研究將利用能譜CT的平均有效原子序數(shù)（Eff-Z）、Eff-Z峰值、50 keV單能量CT值、鈣水比值（CWR）、能譜衰減曲線斜率、140 kVp混合能量CT值等數(shù)值，對非單發(fā)泌尿系結石成分進行在體分析，并按結石發(fā)生部位進行分類，對其同源性進行分析與研究，期望臨床對結石治療與防止復發(fā)的方案進行優(yōu)化和選擇。現(xiàn)報道如下。

1資料與方法

1.1一般資料

對2018年6月～2019年12月在佛山市三水區(qū)人民醫(yī)院行能譜CT泌尿系結石成分分析的病例進行篩查，納入標準：病例結石數(shù)≥2個;結石大小≥5 mm;患者至少其一結石有紅外光譜儀檢測結果。排除標準：呼吸運動偽影影響結石分析。最終納入研究的病例為102例，男62例，女40例，年齡29～93歲，平均（57±12）歲。

根據(jù)李小虎等[5]對腎結石在體外進行能譜CT成分分析數(shù)據(jù)結果，判定結石成分的參數(shù)指標進行在體研究泌尿系結石成分，并將結石治療后的標本送往具有專業(yè)資質的第三方檢測機構進行紅外光譜儀檢測。按照患者非單發(fā)泌尿系結石的部位分為同側腎臟、異側腎臟、同側腎輸尿管、異側腎輸尿管、異側輸尿管、膀胱、膀胱+腎/輸尿管，共7種類型;同一患者在體結石成分相同判定為同源性，否則為異源性。

1.2 CT檢查及后處理方法

采用GE公司寶石能譜Discovery CT750 HD 64層動態(tài)500排CT掃描儀，掃描范圍從腎上極（約胸11椎體上緣）1～2 cm至恥骨聯(lián)合水平。掃描參數(shù)：SFOV為Large Body，電壓GSI（80～140 kV瞬間轉換），管電流375 mAs，ASIR 30%，層厚5 mm，螺距1.37∶1。采用GSI掃描模式，獲得1.25 mm層厚DATA數(shù)據(jù)的原始圖像，將原始數(shù)據(jù)傳至GE AW 4.6工作站。利用GSI Viewr結石分析軟件，在工作站上對圖像進行成分分析，以結石最大徑層面面積的1/2至2/3為分析感興趣區(qū)（ROI）。綜合分析各項數(shù)值標準，判定結石成分。

1.3圖像觀察指標及評價標準

①泌尿系結石患者的結石形態(tài)、大小及發(fā)生部位。②結石分析軟件上測量數(shù)據(jù)：平均Eff-Z、Eff-Z峰值、CWR、能譜衰減曲線斜率[簡稱“斜率”，斜率=（Hu 40 keV-Hu 100 keV）/60，即選取40 keV及100 keV的單能量的CT值的兩點連線]、50 keV單能量CT值及140 kVp混合能量CT值，并對結石5種成分（磷酸鈣類、草酸鈣類、鳥糞石類、胱氨酸類、尿酸類）的相關指標進行統(tǒng)計學分析。③分析7種類型結石成分的同異源性，同一患者非單發(fā)結石為同一成分，即在體結石成分相同則判定為同源性，若存在不同成分則為異源性。

1.4統(tǒng)計學方法

采用SPSS 19.0統(tǒng)計學軟件進行統(tǒng)計學分析，以中位數(shù)和四分位數(shù)[M（P25，P75）]表示計量資料，比較采用獨立樣本的非參數(shù)檢驗（Kruskal-Wallis檢驗）;計數(shù)資料以百分比表示。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2結果

2.1泌尿系結石的形態(tài)、大小及發(fā)生部位

102例泌尿系結石患者中，CT能譜分析結石204個（單部位多發(fā)且成分相同的選取最大的一個或兩個結石進行分析），其中腎結石127個、輸尿管結石56個、膀胱結石21個，結石大小為5～58 mm，結石形態(tài)有類圓形、橢圓形、長條形、鹿角形、不規(guī)則形，但以類圓形多見。行紅外光譜儀檢測標本為102例，CT檢測結果與紅外光譜分析法測定的結果符合率為85.3%（87/102）。

2.2泌尿系結石CT能譜分析

204個結石成分分別為磷酸鈣類51個、草酸鈣類85個、鳥糞石類25個、胱氨酸類6個、尿酸類23個及混合類14個，5種單一成分結石的平均Eff-Z、Eff-Z峰值、50 keV單能量CT值、CWR、斜率、140 kVp混合能量CT值比較，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.01）（表1）。混合類結石體積比較大，存在兩種以上成分，以尿酸與鈣類混合為主，Eff-Z見兩個峰值，鈣水圖明顯可見結石成分不一樣，應分別測量不同成分進行分析，其參數(shù)參考單一成分結果。

2.3 7種類型結石成分的同源性分析

102例結石患者中，同源性患者占75.5%，主要以膀胱及同側腎輸尿管為主。7種類型的同源性由大到小分別為膀胱（100.0%）、同側腎輸尿管（95.2%）、異側腎臟（78.6%）、同側腎臟（76.0%）、異側輸尿管（66.7%）、異側腎輸尿管（62.5%）、膀胱+腎/輸尿管（44.4%）（表2），以異側腎臟中的左腎多發(fā)結石為例的案例分析見圖1（封三）。

3討論

寶石CT能譜成像是基于單源雙能量瞬時切換技術實現(xiàn)的，即在一個能量轉換周期中通過單個球管進行高低兩種能量（80 keVp與140 keVp）高速瞬時（0.5 ms）切換曝光，得到含有原始能量信息的兩組數(shù)據(jù)，通過能譜解析，將兩組數(shù)據(jù)在原始投影數(shù)據(jù)空間的吸收投影數(shù)據(jù)到物質密度投影數(shù)據(jù)的轉換，并解析出40～140 keV任一單能量共101個單能量圖像[6]。而采用自適應統(tǒng)計迭代（ASIR）技術抑制噪聲減少掃描劑量的同時，得到與單keV掃描等同質量的圖像[7]，這種單能量的CT值相對于混合能量的CT值更能準確地反映物質的X線吸收特性[8]。能譜CT的基物質分離成像技術對于泌尿系結石成分分析具有高度的敏感性，而且掃描及成像速度快，準確性高，尤其在對陰性結石檢測中更加敏感[9-10]。在本研究中，對102例患者的204個結石進行在體分析，應用能譜CT掃描分析結果與紅外光譜儀測定的結果符合率為85.3%，提示能譜CT掃描分析具有較高的符合率，與國內外報道[11-12]的雙源CT掃描檢測結石成分大致相符;因此，能譜CT可以實現(xiàn)術前在體評估結石成分。

據(jù)國內外報道[13-14]，多層螺旋CT與顯微CT可以辨別6種不同成分的泌尿系結石。能譜CT成像中的Eff-Z、CWR及50 keV單能量CT值3個指標數(shù)值均可區(qū)分磷酸鈣類、草酸鈣類、鳥糞石類、胱氨酸類及尿酸類結石[5]。但是，上述均為體外研究所得參數(shù)。通過本研究在體結石分析顯示，5種單一成分結石的平均Eff-Z、Eff-Z峰值、50 keV單能量CT值、CWR、斜率、140 kVp混合能量CT值比較，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.01），提示能譜CT測量各指標均可區(qū)分5種不同成分的結石，但在具體指標參數(shù)上與體外研究報道[5]存在不同之處，其表現(xiàn)為以下幾個方面：①在體結石平均Eff-Z較體外結石研究明顯低，尤其以鈣類結石明顯，本研究數(shù)據(jù)Eff-Z沒有超過15.0;②CWR中所測數(shù)據(jù)顯示，在體結石所含水分較體外結石要高，相對CWR參數(shù)較體外結石低;上述兩種參數(shù)的差異可能是由于體外研究所用結石經(jīng)過烘干等處理后放至豬腎中進行掃描研究，在這個過程中有可能損失部分游離水，因為結石分子之間是存在間隔的，其間隔可以用水分子充填，并且沒有人體腎臟分泌尿液的水環(huán)境影響，從而導致體外研究所得數(shù)據(jù)較體內高。因此，筆者認為，在體結石成分參數(shù)與體外結石研究參數(shù)存在差異，在體結石能譜分析參數(shù)更加準確，并能更好地應用于臨床工作中。

現(xiàn)有臨床研究表明，泌尿系結石的病因復雜且不明確，主要與個體和環(huán)境等多種因素有關[15]。雖然非單發(fā)泌尿系結石是否存在同源性尚且不明確，但本研究顯示，同側腎輸尿管結石明顯存在同源性（95.2%），據(jù)此可以說明大多數(shù)輸尿管結石由腎結石脫落引起，本研究輸尿管結石沒有原發(fā)結石存在。而同臟器多發(fā)結石雖存在較高的同源性，但也存在異源性，這可能是由于人體結石病因復雜，且泌尿系存在多種不同化學元素（如Mg、P、Ca、S、H、C、N、O等），在腎臟或膀胱不斷停留與堆積，繼而形成不同成分的結石。異側或不同臟器泌尿系結石存在較高的異源性，這與個體的機體環(huán)境有密切關系。而本研究數(shù)據(jù)來自于廣東三江流域匯合地區(qū)，其泌尿系結石以草酸鈣結石為主，受飲食與水環(huán)境因素影響較大[16-17]，同一患者體內非單發(fā)結石成分多為單一相同成分。

本研究仍存在不足之處：①本研究選取資料并非是對所有結石患者進行分析，本研究參考數(shù)值不可代表所有結石成分數(shù)據(jù)。②5種類型結石中，胱氨酸類樣本量較小，這與其實際發(fā)生率較小有關。③由于篇幅受限，本研究只對結石5種成分多組的比較，并未進行兩兩比較。下一步需要擴大樣本、點對點的紅外光譜儀檢測結果、數(shù)據(jù)兩兩比較以及混合類結石分析等進行進一步在體泌尿系結石研究。

綜上所述，CT能譜成像可較為準確的分析結石成分，與紅外光譜儀檢測一致性較高，不同結石成分具有不一樣的分析參數(shù)，在體結石成分參數(shù)更適用于臨床工作中。而同一患者非單發(fā)泌尿系結石成分具有較高的同源性，以膀胱及同側腎輸尿管顯著;可以為臨床的病因分析及制訂合理的治療方案提供依據(jù)，降低結石非單發(fā)結石患者的結石復發(fā)率。

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（收稿日期：2020-05-19）