双源CT识别泌尿系结石成分的能力研究

王小刚，肖　雪，靳　岩，杨志强，王　浩，刘梦雪，刘媛媛，金逸盈，夏志忠，李先承

(1．大连医科大学 临床医学七年制，辽宁 大连 116044；2.大连医科大学附属第一医院 检验科，辽宁 大连 116011；3.大连医科大学附属第一医院 心脏CT检查科，辽宁 大连 116011；4.大连医科大学附属第一医院 泌尿外科，辽宁 大连 116011；5.大连医科大学附属第二医院 泌尿外科，辽宁 大连116027)



双源CT识别泌尿系结石成分的能力研究

王小刚1，肖雪1，靳岩2，杨志强3，王浩3，刘梦雪1，刘媛媛1，金逸盈1，夏志忠1，李先承4,5

(1．大连医科大学 临床医学七年制，辽宁 大连 116044；2.大连医科大学附属第一医院 检验科，辽宁 大连 116011；3.大连医科大学附属第一医院 心脏CT检查科，辽宁 大连 116011；4.大连医科大学附属第一医院 泌尿外科，辽宁 大连 116011；5.大连医科大学附属第二医院 泌尿外科，辽宁 大连116027)

[摘要]目的探讨双源CT区分混合结石的能力。方法收集134例泌尿系结石患者术后获得的结石标本，将结石标本放入猪肾中建立结石体外模型，并将猪肾放入水槽中模拟体内环境。应用双源CT在80 kVp和140 kVp下扫描猪肾模型，测得CT值、分析值，计算DEI值。结果双源CT识别尿酸结石的灵敏度及特异度均为100%。草酸钙、磷酸盐组与磷酸盐、尿酸盐组在80 kVp、140 kVp的 CT值，双能量值上比较差异有显著性意义(P<0.05)。草酸钙、磷酸盐组与草酸钙、尿酸盐组DEI值差异有显著性意义(P<0.05)。结论双源CT在识别尿酸盐结石上是可靠的，且具有一定的区分混合结石的能力。

[关键词]泌尿系结石；结石成分；双源CT

[引用本文]王小刚，肖雪，靳岩，等.双源CT识别泌尿系结石成分的能力研究[J].大连医科大学学报，2016,38(2)：126-128，133.

泌尿系统结石是泌尿系疾病中的常见病，发病率高且易复发。泌尿系统结石可导致多种并发症，如肾绞痛、泌尿系梗阻等[1]。知道泌尿系统结石的成分对治疗方案及治愈后预防结石复发等有重要意义。对于草酸钙结石或者磷酸钙结石，大多需行体外冲击波碎石或者经皮肾镜治疗。尿酸结石则可以通过碱化尿液和低嘌呤饮食来进行干预，鸟粪石在治疗之前需要应用抗生素[2-4]。影像技术的发展为分析结石成分提供了方向。Shahnani PS等[5]应用单源非增强CT在120 kV对不同肾结石进行分析，发现CT值的预测可以很好的区分含钙结石与非含钙结石，磷酸盐结石和其他结石未见差异。 Marchini等[6]报道不同成分的结石，其CT值可能存在重叠，双能量CT可以弥补单能量不能明确区别结石密度差异的不足。Graser A等[7]提出应用DEI(dual energy index)值可以区分尿酸结石，胱氨酸结石，羟基磷灰石，草酸钙结石。在双源CT分析中，尿酸结石的分析值为负值，其余结石均为正值。目前虽然有很多应用双源CT预测结石成分的研究，但包含混合结石的研究不多[8]，且在临床中大部分结石都是混合结石。本研究通过在体外建立模型，比较不同结石成分在双源CT扫描下所得CT值等数据，探讨双源CT分析混合结石的能力。

1材料和方法

1.1结石资料

本研究收集大连医科大学附属第一医院2007年12月30日至2015年6月9日共212例住院患者资料。其中，肾结石患者157例，膀胱结石患者55例，男性患者124例，女性患者88例。患者的结石成分已由检验科应用化学分析法确定。排除部分因体外冲击波碎石，药物排石而无法获得结石经手术治疗后结石过小的患者，年龄性别不限，最后选出134例患者的结石。

入选的134枚结石中，有草酸钙结石34枚(24.6%)，磷酸盐结石26枚(18.8%)，尿酸盐结石33枚(23.91%)，草酸钙与磷酸盐混合结石24枚(17.4%)，草酸钙与尿酸盐混合结石12枚(8.7%)，磷酸盐与尿酸盐混合结石5枚(3.6%)。

1.2仪器

本研究所用的CT系统是西门子双源多探测器CT系统，型号为Siemens Somatom Definition Flash。

1.3结石体外模型的建立

随机选择134枚大小适合的结石，将结石洗净，在自然状态下晾干后编号，再将处理后的结石标本分别放入猪肾肾盏内。每个猪肾放置结石1～2枚。将包埋好结石的猪肾放入水槽中，水槽注水10 cm高，尽可能排出猪肾内的空气，构建体外模型。如图1。

图1　肾结石体外模型构建Fig 1 In vitro model of renal stone

1.4结石模型扫描

将建立好的体外模型，放在CT扫描台上，使扫描中线与样本中线重合，进行80/140 kV双能量扫描，80 kVp、140 kVp管电流分别为461 mAs、178 mAs。扫描完成后，数据被传入工作站进行双能量结石分析。每枚结石由两位有经验的影像医师选取感兴趣区，测出80 kVp、140 kVp的CT值及分析值，计算DEI值。

1.5统计学方法

应用SPSS17.0软件进行数据处理，对不同能量下的CT值、DEI值、分析值用单因素方差分析，多重比较用LSD法。检验水准α取0.05。

2结果

所有结石均被双源CT检测出来，尿酸结石的分析值为负值，标记为红色，非尿酸结石CT值为正值，标记为蓝色。双源CT检查尿酸结石的灵敏度与特异度均为100%。双源CT扫描结果见图2。

图2　双源CT扫描图像Fig 2 The image of DSCT尿酸结石被标记为红色，非尿酸结石标记为蓝色

不同成分结石两两比较发现：纯尿酸结石与磷酸盐、尿酸盐混合结石相比，DEI值及分析值间差异具有显著性意义(P<0.05)；草酸钙、磷酸盐组与磷酸盐、尿酸盐组在80 kVp、140 kVp、双能量值上比较差异均有显著性意义(P<0.05)，但两组间DEI值及分析值差异无显著性意义(P>0.05)；草酸钙、磷酸盐组与草酸钙、尿酸盐组DEI值差异有显著性意义(P<0.05)。见表1。

表1　不同结石成分在双能量下扫描的CT值及DEI值，双能量值，分析值

1)与磷酸盐、尿酸盐混合结石组比较，P<0.05；2)与草酸钙、尿酸盐混合结石组比较，P<0.05

3讨论

中国泌尿系结石的发病率呈逐年升高趋势，结石的形成与环境、种族、饮食等因素密切相关，不同地区的结石成分存在差异。中国目前泌尿系结石男性患者普遍多于女性患者，草酸钙结石为最常见结石[9]。预知结石成分可以影响治疗方案的选择，且在一些病例中可以避免侵入性治疗[10]。

随着CT 的发展，预测结石成分成为可能。Motley G等[11]利用传统CT可以将纯尿酸结石和含钙结石区分开，但是不能区分含钙结石的亚型。有研究发现在含钙结石的亚型之间，结石的HU值存在一定的重叠。新一代的双源双能量CT较之前的传统CT增加了高能量X线管(140 kV)，提高了X线的光谱分离度，使双源CT不仅可以区分尿酸结石、非尿酸结石，而且可以区分纯胱氨酸结石、草酸钙结石、磷酸盐结石[12]。有学者应用双源CT成功区分尿酸、胱氨酸、鸟粪石、草酸钙、羟基磷灰石和碳酸磷灰石[13]。

近年来，应用双能CT对结石成分进行预测的研究逐渐增加，但大部分研究的关注点在纯结石，这些研究规定某一结石成分所占比例高于临界值即为纯结石，而在临床中常见的混合结石却少有文献提及。本研究应用双源CT成功的将混合组的草酸钙、磷酸盐组与磷酸盐、尿酸盐组，草酸钙、磷酸盐组与草酸钙、尿酸盐组区分开。结石的CT值与经皮肾镜(PNCL)或者体外冲击波碎石(ESWL)的治疗效果有着一定的联系。有研究指出，CT值低于780 HU 的结石在ESWL治疗时更容易被击碎[14]。Largo R等[15]报道结石的CT值或者DEI值对于ESWL所需的冲击波次数是一个独立的相关因素。同时，对于PCNL而言，Gucuk A 等[16]研究表明CT值低于677.5 HU 的结石比高于这个值的结石，在进行操作时更容易失败。据此并结合本研究中各混合结石对应的CT值可以推测，患有尿酸盐与磷酸盐混合结石的病人，进行ESWL比PCNL更容易成功，患有草酸盐与磷酸盐混合结石的患者更适合PCNL治疗。然而本研究是一个基于体外模型的回顾性研究，体外模型不能完全模拟结石在体内所处的环境，包括肾周的器官及组织结构，并且没有根据所得数据验证是否可以预测患者体内结石的结石成分，这为进一步研究提供了方向。研究中确定结石成分的方法为大连地区目前应用的化学分析法，这种方法相对于红外光谱法而言，不能将结石的亚型区分开，且不能确定混合结石中各组分所占比例。

本研究证实了双源CT区别尿酸盐结石与其他结石的能力，并且将混合结石组中草酸钙、磷酸盐组与磷酸盐、尿酸盐组，草酸钙、磷酸盐组与草酸钙、尿酸盐组区分开，这说明双源CT也具备一定区分混合结石的能力。

综上所述，双源CT不仅可以区分尿酸结石，同时具备一定区分混合结石的能力，对泌尿系结石患者临床治疗方法的选择提供指导意义。

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Analysis of urinary calculi composition in phantom using Dual-Source Dual-Energy Computed Tomography

WANG Xiao-gang1, XIAO Xue1,JIN Yan2, YANG Zhi-qiang3, WANG Hao3, LIU Meng-xue1, LIU Yuan-yuan1, JIN Yi-ying1, XIA Zhi-zhong1, LI Xian-cheng4,5

(1.TheSeven-yearSystem,DalianMedicalUniversity,Dalian116044,China;2.LaboratoryMedicine,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116011,China; 3.DepartmentofCardiacImaging,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116011,China;4.DepartmentofUrology,theFirstAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116011,China;5.DepartmentofUrology,theSecondAffiliatedHospitalofDalianMedicalUniversity,Dalian116027,China)

[Abstract]Objective To characterize and explore the mixed urinary stones in vitro by using Dual-Source Dual-Energy Computed Tomography (DSCT). Methods One hundred and thirty-four stones from patients with urinary tract stone were placed in fresh porcine kidney. Image analysis of these stones gave us overlap value and the mean attenuation values in Hounsfield units (HU) and dual-energy index (DEI) at 80 kVp and 140 kVp. Results Both sensitivity and specificity of DSCT for detecting uric acid were 100%. There were significant differences of HU in 80 kVp, 140 kVp and the DEI between calcium oxalate mixed with phosphate calculus and phosphate calculus mixed with uric acid (P<0.05). Calcium oxalate mixed with phosphate calculus could be differentiated from calcium oxalate mixed with uric acid using DEI (P<0.05). Conclusion DSCT is a reliable approach for uric acid analysis. And DSCT had some ability to analyze mixed composition of stone.

[Key words]urinary calculus; stone composition; Dual-Source Dual-Energy Computed Tomography

基金项目：国家自然科学基金项目(81572505)

作者简介：王小刚 (1990-)，男，辽宁本溪人，七年制学生。E-mail：375939631@qq.com 通信作者：李先承，教授。E-mail：lxc2620@163.com 吴 昊(1988-)，男，黑龙江齐齐哈尔人，硕士研究生。E-mail：wuhao32529@163.com

doi:论著10.11724/jdmu.2016.02.06 论著10.11724/jdmu.2016.02.08

[中图分类号]R692.4

[文献标志码]A

文章编号：1671-7295(2016)02-0126-03

(收稿日期：2015-10-29；修回日期：2016-03-24)

通信作者：伍建林，教授。E-mail:cjr.wujianlin@vip.163.com