双源CT鉴别肾绞痛患者尿结石成分的精确性

双源CT鉴别肾绞痛患者尿结石成分的精确性
摘要
本研究评估双源CT（DECT）区分肾绞痛患者尿结石成分精确性。

该研究同样评估双能量CT标准扫描模式下的辐射剂量。

共收集经过红外光谱分析的19枚结石。

回顾性分析2011年10月-2015年10月期间106名患者双源CT扫描数据。

所有病人的图像源自东芝第一代Aquilion双源CT。

所有的病人完成管电压80-135kv、40mm视野低剂量CT腹盆部非增强扫描。

使用剂量长度乘积评价辐射剂量。

结果共评估137枚结石。

结石平均直径为8.8mm（范围3-4.8）。

与普通扫描模式相比，双源CT的平均剂量长度乘积增加了18.7％（319.4比269.1mGycm; p <.001）。

红外光谱分析收集的19枚结石中15枚为碳酸钙，2枚为胱氨酸，2枚为混合结石。

双源CT正确区分14枚碳酸钙结石中的11枚(78.6%),2枚混合结石(100%)以及0枚胱氨酸结石(0%)，源自客观的一致性分析(Cohen's κ =.374, p = .009)。

结论双源CT可以精确鉴别输尿管结石成分。

双源CT能够在泌尿外科医生选择治疗计划之前提供有价值的结石成分信息。

泌尿系结石是急诊常见病，并且常需要二次转诊，流行率大约10-14%，复发率达50-70%。

结石相关常见并发症包括急慢性腹痛、肾衰竭。

因此，结石病给全球医疗系统带来相当大的经济负担。

非增强CT被认为是诊断尿结石的金标准。

低剂量扫描模式凭借减少积累的放射暴露风险、对诊断质量影响小，临床使用日益广泛。

泌尿外科医生使用晶体分析（比如红外光谱分析）对手术后取出的结石确定其化学成分。

所以，治疗前明确成分可以指导治疗策略。

质地硬的结石，例如胱氨酸结石或一水草酸钙结石不容易被冲击波碎石粉碎，取而代之以输尿管镜或经皮肾镜侵入性治疗。

尿酸结石可以通过碱化尿液治疗，例如柠檬酸钾+别嘌呤醇口服液。

家族性代谢性骨病患者也可以从药物治疗中获益，例如卡托普利用于胱氨酸尿症患者。

双源CT技术进步为新的临床应用铺平了道路。

双源CT的原理是同时采集相同解剖位置高、低能量两组数值。

DECT高能和低能衰减的特定变化（Hounsfield单位; HU）能够区分电子密度相似但光子吸收不同的物质。

使用软件，双源CT可以生成尿酸结石和碳酸钙结石不同衰减影像，并显示不同颜色。

体内研究表明双源CT与红外光谱分析结果准确性相同。

本研究目的是进一步比较DECT与金标准（红外分析）预测英国NHS医院尿石症患者的价值。

该研究同样把双源模式与单源模式的辐射剂量做了比较。

材料与方法
病人与研究设计
收集的数据来源于2011年10月至2015年10月期间，106组DECT数据中的102名住在Morriston医院尿结石患者。

住院和门诊患者采用相同的扫描模式。

男性患者占多数（比例= 70M：32F），平均年龄为53.4岁（范围= 14至87;标准偏差[SD] = 15.9）。

双源CT同意书：首先进行腹部至骨盆单能量低剂量非增强CT扫描，随后使用Toshiba Aquilion ONE TMCT（T oshibaMedical Systems，Otawara-shi，Japan）采集患者双能量图像。

每个患者CT剂量受到自动曝光和管电流调节控制。

如果经验丰富的放射学专家在双能量数据采集中获得尿路结石原始数据，随后进行40mm扫描野的泌尿系DECT。

Aquilion ONE设备在电压和电流快速转换以提供相似噪声相似图像。

高能量模式为135kVp /37mAs，低能量模式为80kVp / 217mAs。

全部技术参数见表1.两组数据在床不动、比率相同扫描模式下获得。

Table 1 – Technical Data for Dual-energy CT protocol
结石特征
双能量软件内置于CT扫描仪中, 对数据进行自动化后处理。

结石最初的兴趣区由技术员来确认。

随后，结石的衰减曲线表现为曲线图，其特征是分别用x轴和y轴表示低kVp衰减值和高kVp衰减值。

红色线和蓝色线叠加的图像分别表示尿酸结石和含钙结石的衰减曲线。

由一名专家对结石数目、位置、最大直径及化学组成等参数进行评估。

所有结石被送到皇家医院的生物化学实验室，使用傅立叶变换红外光谱技术进行成分分析。

随后的双源CT扫描中，共收集到19名患者的19枚结石。

收集的结石包括输尿管镜及和经皮肾镜等侵入性的治疗后，也包括自发排处的。

剂量
计算机断层摄影剂量指数（CTDIvol）和剂量长度乘积（DLP）值记录所有106个分别以单能CT和双源CT辐射剂量的CTDIvol和DLP 值。

对于每次扫描，将单能DLP和双能DLP联合计算每次总累积DLP。

统计分析
对平均单能DLP和平均总累积DLP值进行统计学评价。

Shapiro-Wilks测验显示数据呈不正态分布; 因此采用非对照统计分析。

Wilcoxon符号检验评估平均DLP的差异性。

对于结石化学组成，使用科恩κ系数评估发现DECT与红外光谱一致。

这种统计方法此前用于评估DECT和晶体学之间的一致性。

使用SPSS统计软件进行数据分析。

结果
泌尿系结石
106组双源CT图像中，137枚结石被分析。

84人为单发结石、16人为两枚结石、4人为3枚结石、一人为4枚结石，一人为5枚结石。

结石的最大直径平均为8.8mm（范围3到48，SD=6.1）。

116枚结石位于肾脏(84.7%);21枚结石位于输尿管(15.3%)。

双源CT测定碳酸钙结石79枚(57.7%)、尿酸结石17枚(12.4%)、混合成分41枚(29.9%)。

红外光谱
红外光谱分析收集的19枚结石中，草酸钙15枚(78.9%）、胱氨酸结石2枚(10.5%)、混合成分2枚(10.5%)。

双源CT正确识别15枚草酸钙结石中的11枚（73.3%）、2枚混合结石全部识别（100%），无法识别出胱氨酸结石（0%）
剂量
计算的CT辐射剂量平均值如表3所示。

标准单源低剂量模式下的
剂量长度乘积平均值为269.1 mGycm（范围98.5 mGycm and 1304.5mGycm）。

双源扫描模式比单能量模式剂量长度乘积值多出50.3 mGycm(18.7%)，总剂量长度乘积平均值319.4 mGycm，范围143.5mGycm and 1347.4 mGycm.。

标准单能低剂量CT平均剂量乘积平均值明显多于DECT模式(269.1 vs. 319.4 mGycm; Z=9.567; p < .001)
Table 2 – (a) Retrieved stone size, location, DECT predicted material and infrared spectroscopy confirmed material; (b) Agreement between Dual-Energy CT and infrared spectroscopy for determination of urinary tract stone composition
Table 3 –Mean Radiation Dose Output Data (± Standard Deviation; SD)
Figure 1 –Non-contrast low-dose CT abdomen and pelvis demonstrating a stone in the right pelvi-ureteric junction Figure 2 –Dual-energy CT prediction of urinary tract stone composition. (a) DECT prediction of uric acid stone in the right pelvi-ureteric junction; (b) DECT prediction of calcium stone in left renal pelvis: Upper left panel shows low kVp data. Upper right panel shows high kVp data. Lower left panel is a graph depicting attenuation profile of the stone (green dot). Lower right panel shows high kVp data with superimposed colour over the stone indicating DECT predictio
讨论
OrionN（PhilipsHealthcare，Cleveland，Ohio）进行了前瞻性的研究，并用x射线衍射证实成功率为81%（27枚结石中的22个）。

Manglaviti等人回顾性比较40名疑似尿结石患者尿结晶的西门子SOMATOMDefinition CT，表明其测定确定临床策略前，双源CT逐渐显示出预测尿结石化学成分的优势，既包括体内也包括体外。

该研究目的在于探讨低剂量DECT模式的优点是否适用英国NHS医院尿结
石患者，同时尽量避免额外积累的电离辐射。

在此项研究中，使用东芝Aquilion ONE™低剂量CT正确预测体内68％的泌尿系结石。

Cohen的kappa检验证实DECT和红外光谱之间具有明显的一致性，然而数值大小（κ= .374）表明一致性仅仅“持平”。

最近的体内研究已经证实DECT确定结石成分准确性更高。

Hidas 等人对27名患者经皮肾取石术前使用Philips 化学成分准确性更高（49枚结石中的45枚，92％）。

不同制造商和CT扫描模式间的差异可以解释该项研究准确性差异。

当比较四大品牌双能量CT扫描仪预测体外尿结石成分能力时，Grosjean 等人发现不仅衰减曲线严重的重叠（鉴别结石成分困难），而且不同公司制造的CT扫描仪的HU值也具有明显不同。

制造商推荐我们医院使用的DECT模式，虽然我们不知道公司是否在相同相同条件下确定结石衰减，还是从可供选择的CT模式中推断出衰减参数。

尿酸结石由低分子量元素（碳，氢，氧和氮）组成。

在高、低管电压下，尿酸结石与其他结石相比表现出不同的CT衰减特性（草酸钙/磷酸盐，胱氨酸和鸟粪石），以上结石由大分子（钙，磷，镁和硫）元素组成。

相比较钙和其他在低电压高HU值结石相比，尿酸结石在高电压下呈现更高的HU值。

此研究收集的19枚结石中，没有一个在红外光谱下被证实含尿酸。

此外，DECT将一个已知含钙结石错误地预测为尿酸结石。

DECT内在的最大优势在于识别尿酸结石，令人遗憾的是我们不能讨论DECT在研究中区分尿酸结石准确性，当患者在选择治疗时可以避免侵入性和高花费治疗。

Primak等人证实DECT在体外模型中鉴别尿酸与其它结石的准确性为92-100%。

Thomas、 Hidas和Manglaviti等人都证实DECT术前鉴别体内尿酸结石的准确率100％。

在我们科室，所有包括DECT在内确诊为尿酸结石的患者，推荐标准方案的柠檬酸钾药物溶石疗法，这可以用来解释研究中收集的尿酸结石不足。

东芝Aquilion ONE™双源CT并不能够帮助鉴别胱氨酸结石.当制定治疗计划时,胱氨酸结石质地坚硬不容易被冲击波碎石击碎,常需要外科处理.患者就能避免冲击波碎石术带来的疼痛/肾出血并发症,一开始
可以从泌尿内镜手术中获益.胱氨酸结石的衰减率处于碳酸钙和尿酸结石之间,这就能够结石此研究中的两枚胱氨酸结石为什么被双源CT识别成混合成分结石.胱氨酸结石的体内研究已经出现几种结果. Manglaviti等人在手术前使用双源CT识别所有胱氨酸结石. Hidas等人使用双源CT识别的6枚胱氨酸结石中,只有一枚被X衍射确定为胱氨酸结石,其余五枚结石被确定为碳酸钙或鸟粪石(磷酸铵镁). 生产商更新双源CT扫描机架的软件来抵消胱氨酸结石的衰减率是有必要的,从而为临床提供替代的图像. 这要求在临床决策前,需要额外正确有效方式来正确评估混合性结石(比如碳酸钙结石或鸟粪石).
使用低剂量扫描模式获得的诊断信息并不少于传统扫描模式. 正因为如此,低剂量扫描模式正广泛成为金标准。

此研究揭示尽管患者双源CT比单源CT的辐射剂量稍多，但在统计学上有显著意义. 此研究认为在单能泌尿系CT扫描后进行双源模式扫描是必要的。

尽管如此,诊断用的单\双源CT平均剂量长度乘积为319.4 mGycm，这与发达国家出版的泌尿系CT的辐射剂量一致. Thomas 等人揭示使用双源低剂量扫描模式鉴别体内含钙及不含钙结石是可靠的,证实平均剂量乘积为340 mGycm. 此外,美国辐射剂量局对49000例单源泌尿系CT做了评价,发现平均及有效剂量长度乘积分别为746 mGycm 、11.2 mSv。

相比较美国，我们得出的数据显示28人(26.4%)总剂量长度乘积低于200 mGycm，仅仅23人(21.2%)总剂量长度乘积超过400mGycm,这仅有10%的机构保持剂量长度乘积在400 mGycm或至少占所有患者的50%。

欧洲推荐使用包括腹部在内的多排螺旋CT，在研究中单源CT及双源CT得出的平均有效剂量分别为4.6 mSv 、5.4 mSv。

虽然使用低剂量模式非常可靠，由于病人个体因素明显受身高、体重、体宽影响，从CT输出的数据(CTDIvol and DLP)评估每个病人剂量时，注意病人个体差异是困难但又是必要的，而此研究并未包括在内。

此研究有存在不足之处。

正如之前提及，由于药物融石治疗、且尺寸相对要小，我们没能收集到尿酸结石做分析。

下一步研究目标是通过大样本输尿管内镜来评价（收集更多数量的结石），如果不考虑
尿酸结石病人药物治疗代替外科治疗的伦理性，病人会置于不必要的外科风险中。

总之，使用双源CT评估英国NHS医院病人结石成分是可行的。

使用双源CT低剂量模式下区分含钙盐及混合钙盐结石准确性一致。

尽管辐射小但增加了重要的信息，这些增加的诊断信息对泌尿外科医生确定最终的治疗策略有用。

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