阿不都拉·熱合曼，哈木拉提·吐送，蘇比·尼加提，宋光魯

1. 新疆醫(yī)科大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830000；2. 新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 泌尿外科，新疆 烏魯木齊 830000

引言

泌尿系結(jié)石的硬度決定體外沖擊波碎石術(shù)（Extracorporeal Shock Wave Lithotripsy，ESWL）碎石效果，而結(jié)石硬度取決于結(jié)石成分，結(jié)石成分無法在體外獲取。而雙能量CT已被證明在泌尿系結(jié)石成分診斷中起著非常重要的作用。在過去的十年中，在國際和國內(nèi)文獻(xiàn)中廣泛討論了雙能量計(jì)算機(jī)斷層掃描（Dualenergy Computed Tomography，DECT）的應(yīng)用。雙能量CT的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠明確泌尿系結(jié)石的化學(xué)成分。雙能量CT的高診斷價(jià)值在國內(nèi)外之前的研究已被證實(shí)過。采用雙能量CT成像能夠獲得較為準(zhǔn)確的圖像資料，可初步區(qū)分結(jié)石成分，為泌尿系結(jié)石患者的治療提供較為準(zhǔn)確的參考依據(jù)，可明顯提高體外沖擊波碎石術(shù)的碎石成功率。本文就近年來雙能量CT在體外沖擊波碎石術(shù)前測定結(jié)石成分中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 雙能量CT的原理和優(yōu)勢(shì)

1.1 雙能量CT的原理

20世紀(jì)70年代初，研究者們開始關(guān)注雙能量CT技術(shù)，因早期CT存在球管技術(shù)落后、掃描時(shí)間長、CT值不穩(wěn)定、設(shè)備空間分辨率低等缺點(diǎn)，一直沒能應(yīng)用于臨床[1]。2005年全世界第一臺(tái)雙能量CT（Dual Source Computer Tomography，DSCT）系統(tǒng)成功問世，該系統(tǒng)的成功問世消除了傳統(tǒng)CT技術(shù)的缺點(diǎn)，成為CT發(fā)展歷程上最偉大的一次革命[2]。雙能量CT是一種新的檢查方法，它采用兩套X射線管系統(tǒng)和兩套探測器系統(tǒng)同時(shí)采集人體圖像。通過同步掃描對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合或分離是有利的，它具有掃描時(shí)間短、效率高的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了常規(guī)CT的不足。對(duì)于泌尿系結(jié)石化學(xué)成分的定性雙能量CT有一定的優(yōu)勢(shì)，為泌尿系結(jié)石患者的治療提供了可靠的依據(jù)。

雙能量CT技術(shù)采用兩套X線管和探測器，兩套系統(tǒng)以90°的角度安裝，DSCT系統(tǒng)在實(shí)際操作過程中只需要旋轉(zhuǎn)90°左右，所獲得的圖像數(shù)據(jù)高達(dá)180°范圍內(nèi)所獲得的數(shù)據(jù)。安裝的兩個(gè)X射線球管能夠分別以單獨(dú)的電流和電壓進(jìn)行工作，工作電壓分別為140 kV和80 kV。使兩種不同能量的X線同時(shí)進(jìn)行掃描成為現(xiàn)實(shí)，有效的監(jiān)測一些特定組織成分在不同能量下的衰變率水平，通過所獲得的雙能量圖像進(jìn)行組織成分分析[3]。

雙能量計(jì)算機(jī)斷層掃描（Dual Energy Computed Tomography，DECT）有三種不同的概念，第一個(gè)概念是基于兩個(gè)X射線管（雙源成像）的技術(shù)，同時(shí)在64或128排檢測器掃描儀中同時(shí)工作。第二種概念是基于使用雙層多探測器掃描配置，一個(gè)X射線管在高能量下進(jìn)行采集，頂層的探測器吸收大部分低能光譜（大約50%的光束），而底部的檢測器層吸收更高的能量光子。第三個(gè)概念是基于單個(gè)X射線源的使用，在設(shè)置兩個(gè)（80 kVp和140 kVp）千伏電壓之間的快速切換，在一個(gè)單門旋轉(zhuǎn)的過程中，產(chǎn)生高和低能量的X射線光譜[4-5]。

1.2 雙能量CT的優(yōu)勢(shì)

泌尿系CT成像檢查是常規(guī)的臨床檢查方法，對(duì)于泌尿系結(jié)石的患者通常用來評(píng)估尿路梗阻情況和雙腎功能[6]。其優(yōu)點(diǎn)是：常規(guī)CT診斷泌尿系統(tǒng)結(jié)石能很好的顯示X光線不能顯示的尿路結(jié)石、結(jié)石密度、結(jié)石跟泌尿系統(tǒng)的解剖關(guān)系，不需造影劑，不受腸氣的影響，且具有安全、快捷等優(yōu)點(diǎn)，由于結(jié)石成分的不同，CT值也會(huì)發(fā)生變化[7-8]。缺點(diǎn)是：CT平掃檢查需要的時(shí)間較長，不利于大規(guī)模的篩查，在制定泌尿系結(jié)石病人治療方案上具有一定的局限性[9]。在區(qū)分結(jié)石的化學(xué)成分，尤其是在區(qū)分草酸鈣結(jié)石和磷酸鈣、鳥糞石和胱氨酸結(jié)石靈敏度及特異度不高，臨床上應(yīng)用有一定的局限性。

2005年西門子推出全球首臺(tái)雙源CT，DSCT是一種新的檢查方法，它采用兩套X射線管系統(tǒng)和兩套探測器系統(tǒng)同時(shí)采集人體圖像，這使DSCT具有在常規(guī)CT的檢查功能的基礎(chǔ)上全新的臨床應(yīng)用功能。掃描速度比常規(guī)CT快，耗時(shí)短，區(qū)分泌尿系結(jié)石化學(xué)成分的敏感度和特異度高，效率特別高，突破了傳統(tǒng)CT檢查在區(qū)分泌尿系結(jié)石化學(xué)成分，尤其是區(qū)分草酸鈣結(jié)石和磷酸氫鈣結(jié)石、鳥糞石和胱氨酸結(jié)石方面的局限性[10]。

雙能量CT的主要優(yōu)點(diǎn)是基于兩種不同能量的物質(zhì)分解，提供了兩種不同kVp的圖像序列。這就可以對(duì)圖像進(jìn)行精確的評(píng)估，可以更好地檢測和識(shí)別身體的特定病變和組織分化，這些病變可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的許多領(lǐng)域[11]。尿酸結(jié)石和非尿酸結(jié)石通過雙能量CT是能夠很好的被區(qū)分。在制定結(jié)石病人的治療方案，尤其是在安排病人進(jìn)行體外沖擊波碎石術(shù)之前，對(duì)于估計(jì)結(jié)石的化學(xué)成分具有特別重要的意義[12]。DSCT目前已經(jīng)發(fā)展成為一種技術(shù)，它可以區(qū)分結(jié)石的成分，并立即區(qū)分出UA和NUA結(jié)石[13-14]。雙能量CT已經(jīng)被證明可有效的用來描述尿路結(jié)石的化學(xué)成分，盡管雙能量CT還沒有很好地用于臨床實(shí)踐，但DSCT將是尿路結(jié)石不可或缺的診斷工具。雙能量CT將取代常規(guī)CT作為標(biāo)準(zhǔn)的成像方式[15]。

2 ESWL碎石效果與結(jié)石硬度及結(jié)石成分的關(guān)系

在過去的幾十年里，泌尿系結(jié)石的發(fā)生率逐漸上升，男性的發(fā)生率約為12%，女性為6%[16]。泌尿系結(jié)石由多種不同的化學(xué)成分組成，其中形成泌尿系結(jié)石最常見的化學(xué)成分是草酸鈣（70%），磷酸鈣（20%），尿酸（8%）和胱氨酸（2%）[17]。CT確定的結(jié)石大小、位置、解剖結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分，通常在手術(shù)決策中起著非常重要的作用[18]。因泌尿系結(jié)石結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，并且種類較多，臨床上治療方法也比較多樣[19]。其常見的微創(chuàng)手術(shù)有體外沖擊波碎石術(shù)、經(jīng)皮腎鏡取石術(shù)、輸尿管鏡取石術(shù)、逆行腎內(nèi)手術(shù)和腹腔鏡手術(shù)等等[20-21]。其中體外沖擊波碎石術(shù)是目前治療腎輸尿管結(jié)石的首選方法。ESWL有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：創(chuàng)傷小、患者痛苦輕、療效好、術(shù)后身體恢復(fù)快[22-23]；缺點(diǎn)有：不易擊碎硬度大的結(jié)石，焦區(qū)大、脈沖時(shí)間長、定位方向受到一定的限制、對(duì)操作技術(shù)要求高；影響體外沖擊波碎石術(shù)成功率的因素有患者的病程，結(jié)石的負(fù)荷、位置、長徑、橫徑、粒數(shù)以肥胖患者腹圍。結(jié)石負(fù)荷大者，結(jié)石停留于腎輸尿管內(nèi)時(shí)間就越長，粉碎結(jié)石所需要的能量越大，難以達(dá)到一次碎石成功；結(jié)石成分為二水草酸鈣結(jié)石和磷酸銨鎂結(jié)石，容易粉碎，尿酸結(jié)石可配合溶石療法進(jìn)行體外沖擊波碎石術(shù)，胱氨酸結(jié)石和一水草酸鈣結(jié)石用ESWL較難粉碎；患者的肥胖可能導(dǎo)致泌尿系結(jié)石難以定位在碎石機(jī)焦點(diǎn)上，加上脂肪層較厚沖擊波在穿過脂肪層時(shí)有部分被其吸收使沖擊波能量衰減，導(dǎo)致ESWL碎石失敗[24]。在制定治療方案前確定結(jié)石成分非常重要[25]。

其中結(jié)石的化學(xué)成分及密度是影響體外沖擊波碎石效果的最重要因素，尿酸鹽結(jié)石和尿酸結(jié)石一般為非含鈣結(jié)石，密度比較低，患者常常伴有高尿酸尿癥。因此，尿液呈酸性是其形成的重要因素，配合溶石療法進(jìn)行體外沖擊波碎石是目前臨床上治療尿酸類結(jié)石的重要治療手段；草酸鈣結(jié)石肉眼觀多呈褐色，桑葚狀，在全部泌尿系結(jié)石中的發(fā)生率最高，由于草酸鈣結(jié)石硬度較高，結(jié)構(gòu)致密，ESWL較難將其擊碎。單純成分的羥基磷灰結(jié)石比較少見,其中?；煊衅渌煞?，形成混合性的結(jié)石，因此，ESWL易擊碎這類結(jié)石；術(shù)前準(zhǔn)確了解泌尿系結(jié)石的密度及化學(xué)成分有利于判斷結(jié)石的易碎性，對(duì)是否選擇ESWL治療非常重要。

3 雙能量CT預(yù)測結(jié)石成分的原理及研究現(xiàn)狀

3.1 雙能量CT預(yù)測結(jié)石成分的原理

雙能量CT有以下兩種方法可分析結(jié)石成分：根據(jù)雙能量指數(shù)（Dual Energy Index，DEI）和根據(jù)結(jié)石原子序數(shù)預(yù)測結(jié)石成分。根據(jù)雙能量指數(shù)DEI預(yù)測結(jié)石成分：應(yīng)用雙能量CT掃描，獲得140 kV及 80 kV兩組不同能量的融合圖像和薄層圖像，圖像在MMWP工作站進(jìn)行處理，測量結(jié)石在140 kV及80 kV條件下的平均CT值，并計(jì)算CT值差值，CT值差值等于80 kV的CT值與140 kV的CT值的差值；同時(shí)計(jì)算雙能量指數(shù)（Dual Energy Index，DEI），DEI等于（CT值80～140 kV）與（CT值8 0 kV+CT值140 kV+2000）的比例。將140 、80 kV薄層圖像調(diào)入雙能卡，啟動(dòng)Kidney Stones應(yīng)用程序進(jìn)行結(jié)石成分的分析，通過調(diào)節(jié)藍(lán)色斜率曲線，藍(lán)色斜線位置調(diào)在尿酸點(diǎn)，則尿酸結(jié)石標(biāo)記為紅色，非尿酸結(jié)石標(biāo)記為藍(lán)色；如果調(diào)節(jié)斜率，結(jié)石始終標(biāo)記為藍(lán)色，則為草酸鈣結(jié)石[26]。

根據(jù)結(jié)石原子序數(shù)預(yù)測結(jié)石成分：能譜分析中的重要參數(shù)之一是DSCT中的有效原子序數(shù)，理論上由于尿酸結(jié)石含有低原子序數(shù)的化學(xué)因素，因此其有效原子序數(shù)值偏低，而非尿酸類結(jié)石含有高原子序數(shù)的化學(xué)因素，因此平均有效原子序數(shù)較高。李小虎等[27]發(fā)現(xiàn)體外尿酸類結(jié)石的有效原子序數(shù)為7.0～7.8；Kulkarni等[28]在體外研究中測得純尿酸結(jié)石有效原子序數(shù)6.2～7.8，而范兵等[29]研究中則以有效原子序數(shù)低于7.96作為診斷尿酸結(jié)石的標(biāo)準(zhǔn)，測得體內(nèi)純尿酸結(jié)石、純非尿酸類結(jié)石及混合成份結(jié)石的平均有效原子序數(shù)分別為7.30±0.32、13.32±0.57、12.49±1.14。研究證實(shí)雙能量CT在ESWL治療腎輸尿管結(jié)石中的應(yīng)用價(jià)值優(yōu)于普通CT[30]。

3.2 DSCT測定體內(nèi)結(jié)石成分在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

2005年全球首臺(tái)雙能量CT的推出，使CT成像技術(shù)得以進(jìn)一步發(fā)展。DSCT體內(nèi)結(jié)石化學(xué)成分診斷研究進(jìn)展：關(guān)于DSCT對(duì)體內(nèi)的泌尿系結(jié)石成分分析的研究還比較少，但國內(nèi)外都取得了一定的進(jìn)展，對(duì)了解結(jié)石成因、制定治療方案具有很重要的價(jià)值。

2010年Stolzmann等[31]通過雙能量CT掃描體內(nèi)泌尿系結(jié)石53例，分析尿酸結(jié)石的敏感性及特異性分別為89%和98%。結(jié)果顯示，DSCT掃描可以精確地分析體內(nèi)的尿酸結(jié)石和非尿酸結(jié)石。Hidas等[32]采用DSCT掃描27例體內(nèi)泌尿系結(jié)石[33]，通過測量低kV和高kV下的石衰比，認(rèn)為比值在1.24以上為含鈣結(jié)石，比值在1.1～1.24之間為胱氨酸結(jié)石，比值在1.1以下為尿酸結(jié)石。2018年Tim Nestler[12]等通過雙能量CT掃描體內(nèi)泌尿系結(jié)石84例，分析尿酸結(jié)石的敏感性及特異性分別為84.6%和100%，陽性預(yù)測值為100%，陰性預(yù)測值為98.5%。Bonatti等[34]對(duì)30例腎結(jié)石患者進(jìn)行研究，通過比較單能量CT和雙能量CT (DECT)在鑒定腎結(jié)石成分中的準(zhǔn)確性。得到的結(jié)論是DEST在鑒別尿酸與非尿酸結(jié)石中的靈敏度為94%，100%，特異度為72%，94%，陽性預(yù)測值為64%，100%，陰性預(yù)測值96%，96%。證明在體內(nèi)腎結(jié)石的鑒別診斷中，DECT表現(xiàn)明顯優(yōu)于單能量CT。

國內(nèi)關(guān)于DSCT的研究起步較晚，但研究方法比較豐富，研究成果與國際研究成果互補(bǔ)。范璐等[35]對(duì)226例泌尿系結(jié)石患者行DSCT雙能量掃描，計(jì)算DSCT在體分析尿酸結(jié)石、草酸鈣結(jié)石、胱氨酸結(jié)石及磷酸鹽結(jié)石的靈敏度與特異度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雙能量CT能夠準(zhǔn)確的區(qū)分尿酸結(jié)石和非尿酸結(jié)石(靈敏度和特異度均為100%)，較準(zhǔn)確地區(qū)分草酸鈣結(jié)石、磷酸鹽結(jié)石、胱氨酸結(jié)石，其靈敏度分別為89.03%、67.28%、73.56%，其特異度分別為85.62%、90.71%、93.43%。認(rèn)為DSCT技術(shù)可用于尿酸結(jié)石與非尿酸結(jié)石的鑒別，靈敏度和特異度很高，均為100%。同時(shí)，DEI值的差異可以作為磷酸鹽結(jié)石與草酸鈣結(jié)石的鑒別指標(biāo)。凃備武等[36]采用DSCT掃描104例泌尿系結(jié)石患者，發(fā)現(xiàn)分析尿酸結(jié)石與草酸鈣結(jié)石的準(zhǔn)確性為97.3%、92.9%，靈敏度為88.2%、100%，特異度為99.0%、66.7%，陽性預(yù)測值為93.8%、91.7%，陰性預(yù)測值97.9%、100%。認(rèn)為DSCT對(duì)尿酸結(jié)石和草酸鈣結(jié)石的定性有很高的準(zhǔn)確性，誤診率和漏診率很小。江杰[37]采用了不同的研究方法，進(jìn)行上尿路結(jié)石體內(nèi)外掃描版對(duì)比。采用DSCT掃描53例體內(nèi)結(jié)石患者，將術(shù)后得到的69例結(jié)石置于新鮮豬腎后盛滿NaCl溶液的紙盒中進(jìn)行DSCT雙能量掃描，使體內(nèi)外結(jié)石掃描條件保持一致，將紅外光譜設(shè)為金標(biāo)準(zhǔn)。發(fā)現(xiàn)DSCT對(duì)草酸鈣結(jié)石的準(zhǔn)確性達(dá)95.18。對(duì)尿酸結(jié)石，胱氨酸結(jié)石分析準(zhǔn)確性達(dá)100%。通過上述資料可以表明DSCT對(duì)結(jié)石成分分析的準(zhǔn)確性很高，與國外的同類研究基本一致。

4 雙能量CT成像對(duì)泌尿系結(jié)石研究的限度和研究展望

雙能量CT雙能量成像可有效診斷出泌尿系結(jié)石成分，具有很高的診斷價(jià)值，有助于醫(yī)生做出正確判斷，保證患者得到及時(shí)、準(zhǔn)確的治療，為患者選擇合理的治療措施提供重要參考信息。DSCT雙能量成像在檢測混合成分結(jié)石中仍然存在很大的挑戰(zhàn)，雙能量CT在泌尿系結(jié)石的研究中已經(jīng)取得了一定的成果，但DSCT技術(shù)還未很好的應(yīng)用于臨床，故需要更深入臨床研究。

隨著科技發(fā)展浪潮地不斷推進(jìn)，DSCT技術(shù)也在不斷地進(jìn)步及發(fā)展，與傳統(tǒng)的CT技術(shù)相比，雙能量CT成像技術(shù)的發(fā)展為分析結(jié)石成分開辟了新的思路。DSCT技術(shù)也是CT改革史上重要的一次變革，為后期深入研究提供了很大的參考價(jià)值。雖然泌尿系結(jié)石由于其構(gòu)成成分十分復(fù)雜且種類較多，治療方法上存在較多的差異，但在制定患者的治療方案上起著更好、更準(zhǔn)確的指導(dǎo)作用，有助于預(yù)提高體外沖擊波碎石一次碎石的成功率。