CT能谱成像对在体非单发泌尿系结石的成分与同源性分析

傅晓彬 黄洲 崔运能

[摘要]目的 利用CT能譜成像探讨非单发泌尿系结石患者在体的结石成分，并进行同源性分析。方法 收集2018年6月～2019年12月到佛山市三水区人民医院行泌尿系CT能谱结石分析扫描检查，且均行红外光谱仪检测结石成分的病例共102例，将同一患者泌尿系结石按结石部位分为同侧肾脏、异侧肾脏、同侧肾输尿管、异侧肾输尿管、异侧输尿管、膀胱、膀胱+肾/输尿管7种类型。应用能谱结石分析软件测量平均有效原子序数、有效原子序数峰值、50 keV单能量CT值、钙水比值、能谱衰减曲线斜率、140 kVp混合能量CT值指标，并判定结石成分;同一患者在体结石成分相同判定为同源性，否则为异源性。结果 102例患者的CT能谱分析结石204个，在体结石能谱CT与红外光谱仪检测结果符合率为85.3%。结石成分判定结果分别为磷酸钙类（51个）、草酸钙类（85个）、鸟粪石类（25个）、胱氨酸类（6个）、尿酸类（23个）及混合类（14个）。5种单一成分结石的平均有效原子序数、有效原子序数峰值、50 keV单能量CT值、钙水比值、能谱衰减曲线斜率、140 kVp混合能量CT值比较，差异均有统计学意义（P<0.01）。同源性患者占75.5%，主要以膀胱及同侧肾输尿管为主，7种类型的同源性由大到小分别为膀胱、同侧肾输尿管、异侧肾脏、同侧肾脏、异侧输尿管、异侧肾输尿管、膀胱+肾/输尿管。结论 CT能谱成像可较为准确地分析在体泌尿系结石的成分，同一患者非单发泌尿系结石成分具有较高的同源性，以膀胱及同侧肾输尿管显著。

[关键词]能谱成像;体层摄影术;X线计算机;泌尿系结石;泌尿系结石成分;红外光谱仪

[中图分类号] R691.4          [文献标识码] A          [文章编号] 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

泌尿系结石是一种常见的泌尿系统疾病，国内的发生率为1%～5%，南方地区高达10%[1]。泌尿系结石可分为磷酸钙类、草酸钙类、鸟粪石类、胱氨酸类、尿酸类及混合类[2]，而同一患者泌尿系结石并非都是单发存在的，往往是多个或多个部位同时存在，其成分可以相同或者不同。在治疗泌尿系结石前，准确判定结石成分可指导临床选择最佳的治疗方法，而非单发结石的同源性分析可以为其病因分析及制订合理的治疗方案提供依据[3]。CT检查可以高效诊断结石的大小、位置等情况，而宝石能谱CT检查对结石的化学成分及性质的评估具有独特的优势[4]。本研究将利用能谱CT的平均有效原子序数（Eff-Z）、Eff-Z峰值、50 keV单能量CT值、钙水比值（CWR）、能谱衰减曲线斜率、140 kVp混合能量CT值等数值，对非单发泌尿系结石成分进行在体分析，并按结石发生部位进行分类，对其同源性进行分析与研究，期望临床对结石治疗与防止复发的方案进行优化和选择。现报道如下。

1资料与方法

1.1一般资料

对2018年6月～2019年12月在佛山市三水区人民医院行能谱CT泌尿系结石成分分析的病例进行筛查，纳入标准：病例结石数≥2个;结石大小≥5 mm;患者至少其一结石有红外光谱仪检测结果。排除标准：呼吸运动伪影影响结石分析。最终纳入研究的病例为102例，男62例，女40例，年龄29～93岁，平均（57±12）岁。

根据李小虎等[5]对肾结石在体外进行能谱CT成分分析数据结果，判定结石成分的参数指标进行在体研究泌尿系结石成分，并将结石治疗后的标本送往具有专业资质的第三方检测机构进行红外光谱仪检测。按照患者非单发泌尿系结石的部位分为同侧肾脏、异侧肾脏、同侧肾输尿管、异侧肾输尿管、异侧输尿管、膀胱、膀胱+肾/输尿管，共7种类型;同一患者在体结石成分相同判定为同源性，否则为异源性。

1.2 CT检查及后处理方法

采用GE公司宝石能谱Discovery CT750 HD 64层动态500排CT扫描仪，扫描范围从肾上极（约胸11椎体上缘）1～2 cm至耻骨联合水平。扫描参数：SFOV为Large Body，电压GSI（80～140 kV瞬间转换），管电流375 mAs，ASIR 30%，層厚5 mm，螺距1.37∶1。采用GSI扫描模式，获得1.25 mm层厚DATA数据的原始图像，将原始数据传至GE AW 4.6工作站。利用GSI Viewr结石分析软件，在工作站上对图像进行成分分析，以结石最大径层面面积的1/2至2/3为分析感兴趣区（ROI）。综合分析各项数值标准，判定结石成分。

1.3图像观察指标及评价标准

①泌尿系结石患者的结石形态、大小及发生部位。②结石分析软件上测量数据：平均Eff-Z、Eff-Z峰值、CWR、能谱衰减曲线斜率[简称“斜率”，斜率=（Hu 40 keV-Hu 100 keV）/60，即选取40 keV及100 keV的单能量的CT值的两点连线]、50 keV单能量CT值及140 kVp混合能量CT值，并对结石5种成分（磷酸钙类、草酸钙类、鸟粪石类、胱氨酸类、尿酸类）的相关指标进行统计学分析。③分析7种类型结石成分的同异源性，同一患者非单发结石为同一成分，即在体结石成分相同则判定为同源性，若存在不同成分则为异源性。

1.4统计学方法

采用SPSS 19.0统计学软件进行统计学分析，以中位数和四分位数[M（P25，P75）]表示计量资料，比较采用独立样本的非参数检验（Kruskal-Wallis检验）;计数资料以百分比表示。以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1泌尿系结石的形态、大小及发生部位

102例泌尿系结石患者中，CT能谱分析结石204个（单部位多发且成分相同的选取最大的一个或两个结石进行分析），其中肾结石127个、输尿管结石56个、膀胱结石21个，结石大小为5～58 mm，结石形态有类圆形、椭圆形、长条形、鹿角形、不规则形，但以类圆形多见。行红外光谱仪检测标本为102例，CT检测结果与红外光谱分析法测定的结果符合率为85.3%（87/102）。

2.2泌尿系结石CT能谱分析

204个结石成分分别为磷酸钙类51个、草酸钙类85个、鸟粪石类25个、胱氨酸类6个、尿酸类23个及混合类14个，5种单一成分结石的平均Eff-Z、Eff-Z峰值、50 keV单能量CT值、CWR、斜率、140 kVp混合能量CT值比较，差异均有统计学意义（P<0.01）（表1）。混合类结石体积比较大，存在两种以上成分，以尿酸与钙类混合为主，Eff-Z见两个峰值，钙水图明显可见结石成分不一样，应分别测量不同成分进行分析，其参数参考单一成分结果。

2.3 7种类型结石成分的同源性分析

102例结石患者中，同源性患者占75.5%，主要以膀胱及同侧肾输尿管为主。7种类型的同源性由大到小分别为膀胱（100.0%）、同侧肾输尿管（95.2%）、异侧肾脏（78.6%）、同侧肾脏（76.0%）、异侧输尿管（66.7%）、异侧肾输尿管（62.5%）、膀胱+肾/输尿管（44.4%）（表2），以异侧肾脏中的左肾多发结石为例的案例分析见图1（封三）。

3讨论

宝石CT能谱成像是基于单源双能量瞬时切换技术实现的，即在一个能量转换周期中通过单个球管进行高低两种能量（80 keVp与140 keVp）高速瞬时（0.5 ms）切换曝光，得到含有原始能量信息的两组数据，通过能谱解析，将两组数据在原始投影数据空间的吸收投影数据到物质密度投影数据的转换，并解析出40～140 keV任一单能量共101个单能量图像[6]。而采用自适应统计迭代（ASIR）技术抑制噪声减少扫描剂量的同时，得到与单keV扫描等同质量的图像[7]，这种单能量的CT值相对于混合能量的CT值更能准确地反映物质的X线吸收特性[8]。能谱CT的基物质分离成像技术对于泌尿系结石成分分析具有高度的敏感性，而且扫描及成像速度快，准确性高，尤其在对阴性结石检测中更加敏感[9-10]。在本研究中，对102例患者的204个结石进行在体分析，应用能谱CT扫描分析结果与红外光谱仪测定的结果符合率为85.3%，提示能谱CT扫描分析具有较高的符合率，与国内外报道[11-12]的双源CT扫描检测结石成分大致相符;因此，能谱CT可以实现术前在体评估结石成分。

据国内外报道[13-14]，多层螺旋CT与显微CT可以辨别6种不同成分的泌尿系结石。能谱CT成像中的Eff-Z、CWR及50 keV单能量CT值3个指标数值均可区分磷酸钙类、草酸钙类、鸟粪石类、胱氨酸类及尿酸类结石[5]。但是，上述均为体外研究所得参数。通过本研究在体结石分析显示，5种单一成分结石的平均Eff-Z、Eff-Z峰值、50 keV单能量CT值、CWR、斜率、140 kVp混合能量CT值比较，差异均有统计学意义（P<0.01），提示能谱CT测量各指标均可区分5种不同成分的结石，但在具体指标参数上与体外研究报道[5]存在不同之处，其表现为以下几个方面：①在体结石平均Eff-Z较体外结石研究明显低，尤其以钙类结石明显，本研究数据Eff-Z没有超过15.0;②CWR中所测数据显示，在体结石所含水分较体外结石要高，相对CWR参数较体外结石低;上述两种参数的差异可能是由于体外研究所用结石经过烘干等处理后放至猪肾中进行扫描研究，在这个过程中有可能损失部分游离水，因为结石分子之间是存在间隔的，其间隔可以用水分子充填，并且没有人体肾脏分泌尿液的水环境影响，从而导致体外研究所得数据较体内高。因此，笔者认为，在体结石成分参数与体外结石研究参数存在差异，在体结石能谱分析参数更加准确，并能更好地应用于临床工作中。

现有临床研究表明，泌尿系结石的病因复杂且不明确，主要与个体和环境等多种因素有关[15]。虽然非单发泌尿系结石是否存在同源性尚且不明确，但本研究显示，同侧肾输尿管结石明显存在同源性（95.2%），据此可以说明大多数输尿管结石由肾结石脱落引起，本研究输尿管结石没有原发结石存在。而同脏器多发结石虽存在较高的同源性，但也存在异源性，这可能是由于人体结石病因复杂，且泌尿系存在多种不同化学元素（如Mg、P、Ca、S、H、C、N、O等），在肾脏或膀胱不断停留与堆积，继而形成不同成分的结石。异侧或不同脏器泌尿系结石存在较高的异源性，这与个体的机体环境有密切关系。而本研究数据来自于广东三江流域汇合地区，其泌尿系结石以草酸钙结石为主，受饮食与水环境因素影响较大[16-17]，同一患者体内非单发结石成分多为单一相同成分。

本研究仍存在不足之处：①本研究选取资料并非是对所有结石患者进行分析，本研究参考数值不可代表所有结石成分数据。②5种类型结石中，胱氨酸类样本量较小，这与其实际发生率较小有关。③由于篇幅受限，本研究只对结石5种成分多组的比较，并未进行两两比较。下一步需要扩大样本、点对点的红外光谱仪检测结果、数据两两比较以及混合类结石分析等进行进一步在体泌尿系结石研究。

综上所述，CT能谱成像可较为准确的分析结石成分，与红外光谱仪检测一致性较高，不同结石成分具有不一样的分析参数，在体结石成分参数更适用于临床工作中。而同一患者非单发泌尿系结石成分具有较高的同源性，以膀胱及同侧肾输尿管显著;可以为临床的病因分析及制订合理的治疗方案提供依据，降低结石非单发结石患者的结石复发率。

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（收稿日期：2020-05-19）