廖黃峻清 張秋紅 郭震浪 向松濤

泌尿系結(jié)石是全球范圍內(nèi)的多發(fā)病、常見病，其發(fā)病率因氣候、飲食、遺傳等因素在1%～20%之間[1]。體外沖擊波碎石(ESWL)是直徑≤20 mm的泌尿系結(jié)石的一線治療方法，因受多個(gè)因素(結(jié)石密度、結(jié)石位置、結(jié)石大小等)的影響，其成功率不穩(wěn)定，波動(dòng)在35%～89%之間[2]。ESWL失敗可能導(dǎo)致輸尿管梗阻時(shí)間延長、癥狀復(fù)發(fā)、后續(xù)治療，從而加重病人經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，科學(xué)準(zhǔn)確地評(píng)估ESWL的療效就成為制定泌尿系結(jié)石治療方案的重要任務(wù)。

目前EAU指南推薦對(duì)直徑≤2 cm的腎結(jié)石(>1 cm的腎下盞結(jié)石除外)且結(jié)石密度<1 000 HU、肥胖(BM I≤35 kg/m2)的病人行ESWL治療。在輸尿管結(jié)石方面，指南推薦嚴(yán)重肥胖(BMI>35 kg/m2)的病人行輸尿管鏡(URS)治療。同時(shí)指南強(qiáng)烈建議告知病人URS治療結(jié)石的一次結(jié)石排凈率更高，但ESWL的并發(fā)癥發(fā)生率較URS小[3]。

一、結(jié)石密度

基于循證研究結(jié)果，結(jié)石密度可以被用來預(yù)測ESWL的療效，結(jié)石密度越低，ESWL的療效則越高[4]。Waqas等[5]回顧了203例結(jié)石直徑5～20 mm行ESWL治療的腎結(jié)石病人，進(jìn)行多因素分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)石密度是結(jié)石排出率的最強(qiáng)預(yù)測因子。目前結(jié)石密度預(yù)測ESWL療效仍是研究的熱點(diǎn)，多數(shù)研究報(bào)道了平均結(jié)石密度作為ESWL療效預(yù)測因子的相關(guān)性。這些研究中報(bào)道的平均結(jié)石密度臨界值范圍廣，且與ESWL療效的相關(guān)性也有所差異[6-7]。這可能與CT測定結(jié)石密度時(shí)感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)的設(shè)定和CT窗口的選擇有關(guān)，兩者共同影響著CT檢查所得出的平均結(jié)石密度。除此之外，還有研究報(bào)道了最大結(jié)石密度在預(yù)測ESWL療效中的運(yùn)用。

Sugino等[8]回顧性地評(píng)估了464例接受ESWL治療的輸尿管結(jié)石病人，比較了最大結(jié)石密度和平均結(jié)石密度預(yù)測ESWL療效的準(zhǔn)確性，結(jié)果顯示，最大結(jié)石密度相比平均結(jié)石密度在預(yù)測ESWL療效方面有更高的準(zhǔn)確性。這可能和ESWL療效的關(guān)鍵是破壞結(jié)石密度最高的中心區(qū)域有關(guān)[9]，且最大結(jié)石密度不需要考慮ROI設(shè)定方案的問題，設(shè)定的ROI只需要囊括整個(gè)結(jié)石，就可以保證該平面內(nèi)的最大結(jié)石密度。最大結(jié)石密度是否可以取代平均結(jié)石密度用于預(yù)測ESWL療效尚未有明確結(jié)論，但測量最大結(jié)石密度產(chǎn)生的誤差較平均結(jié)石密度小。

目前，CT窗口已多選擇使用骨窗[10-11]，但ROI的設(shè)定方案則尚未明確。其設(shè)定方案主要有兩種，一種為橢圓形ROI(即在結(jié)石內(nèi)部設(shè)定一個(gè)較大的橢圓形區(qū)域)，另一種為三點(diǎn)式ROI(即在結(jié)石的中心、邊緣與兩點(diǎn)間中點(diǎn)各設(shè)置一個(gè)小的ROI，取三者的平均值)。Yamashita等[9]的研究比較了兩種ROI設(shè)定方案預(yù)測ESWL的結(jié)果，結(jié)果顯示，兩者的AUC值無明顯差異，而橢圓形ROI的設(shè)定比三點(diǎn)式ROI的設(shè)定更節(jié)省時(shí)間。Mannil等[12]的研究顯示，泌尿系結(jié)石通常在中心區(qū)域密度最高，然后向周邊區(qū)域遞減，這決定了泌尿系結(jié)石的密度是不均勻的，因此ROI的設(shè)定對(duì)平均結(jié)石密度的測量至關(guān)重要。然而兩種ROI設(shè)定方法各有缺陷。橢圓形ROI設(shè)定方案所圈定的ROI邊緣區(qū)，很難完全區(qū)分結(jié)石和軟組織；三點(diǎn)式方案也因?yàn)榻Y(jié)石形態(tài)的不規(guī)則而很難選擇恰當(dāng)?shù)奈稽c(diǎn)，因此，目前需要進(jìn)一步研究以確定恰當(dāng)?shù)腞OI設(shè)定方案，來提供切實(shí)的平均結(jié)石密度。

二、結(jié)石大小

結(jié)石大小是常用的ESWL預(yù)測因子，X線和超聲測量的結(jié)石大小有其局限性，目前通常使用CT檢查來測量[10]。目前結(jié)石體積、結(jié)石表面積、結(jié)石最長徑、結(jié)石橫徑這四種參數(shù)被用來衡量結(jié)石負(fù)荷的大小，并以此為基礎(chǔ)來預(yù)測ESWL的結(jié)石排出率(stone free rate，SFR)[5-8,13-14]。Yamashita等[15]回顧了245例接受ESWL治療的病人，發(fā)現(xiàn)在腎結(jié)石和輸尿管結(jié)石病人中，結(jié)石體積對(duì)ESWL結(jié)果的影響并不一致，在腎結(jié)石病人中，結(jié)石體積是ESWL結(jié)果的重要預(yù)測因素，但在輸尿管結(jié)石的病人中并不是。Galli等[16]的研究也顯示，結(jié)石體積并不是預(yù)測輸尿管結(jié)石ESWL結(jié)果的重要因素。這可能是因?yàn)楹湍I結(jié)石相比，輸尿管結(jié)石的體積更小且大小范圍更狹窄。Sugino等[8]通過研究則認(rèn)為，對(duì)于輸尿管結(jié)石只需要測量結(jié)石最長徑就可以準(zhǔn)確地預(yù)測ESWL的成功，因?yàn)槭茌斈蚬軓降挠绊?，輸尿管結(jié)石的體積主要由結(jié)石最長徑?jīng)Q定，而在腎結(jié)石方面，體積則可能比結(jié)石最長徑更能預(yù)測ESWL的結(jié)果。

三、預(yù)測系統(tǒng)

除了對(duì)單因素進(jìn)行分析評(píng)估ESWL的成功率，目前更進(jìn)一步的研究是對(duì)ESWL療效預(yù)測系統(tǒng)的研究。ESWL療效預(yù)測系統(tǒng)主要分為兩種，一種是列線圖，一種是評(píng)分系統(tǒng)。

Niwa等[17]研究了一個(gè)簡易的列線圖(圖1)，可以用來評(píng)估輸尿管上段結(jié)石的ESWL術(shù)后SFR。該研究采用結(jié)石最大直徑、最大結(jié)石密度(HU)、90°角的結(jié)石距皮膚的距離(SSD)三個(gè)參數(shù)用于構(gòu)成列線圖評(píng)估SFR，經(jīng)過ROC分析評(píng)估后，估計(jì)此列線圖的AUC為0.760，表明有較高的可預(yù)測性。以Niwa等[17]的研究為例介紹列線圖的運(yùn)用，一個(gè)輸尿管上段結(jié)石病人的CT檢查提示結(jié)石最大直徑為6 mm，最大結(jié)石密度為900 HU，90°角的SSD為9 cm，則各自對(duì)應(yīng)的分值(point)為7.3、13、12，總分值為32.3，最后結(jié)果提示，ESWL的SFR>90%，能夠取得很好的治療效果。

圖1 Niwa等[17]研究中用于預(yù)測ESWL療效的列線圖

Ichiyanagi等[13]報(bào)道了三D評(píng)分系統(tǒng)(triple D score)和四D評(píng)分系統(tǒng)(quadruple D score)用于評(píng)估直徑10～20 mm腎內(nèi)結(jié)石ESWL的SFR。三D評(píng)分系統(tǒng)包含了結(jié)石體積<150 mm3，結(jié)石密度<600 HU，SSD<12 cm三個(gè)參數(shù)，得分分為0、1、2、3分，分別對(duì)應(yīng)40.0%、51.9%、73.0%、100.0%的SFR。四D評(píng)分則在三D評(píng)分系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了結(jié)石位置(腎下極結(jié)石/非腎下極結(jié)石=0/1)，分別對(duì)應(yīng)0、37.9%、54.5%、84.4%、100.0%的SFR。兩者比較，四D評(píng)分系統(tǒng)的AUC(AUC：0.651)值明顯高于三D評(píng)分系統(tǒng)(0.596)，較三D評(píng)分系統(tǒng)有更強(qiáng)的預(yù)測能力。Yoshioka等[18]研究的另一個(gè)評(píng)分系統(tǒng)——S3HoCKwave評(píng)分系統(tǒng)參考了包括性別、是否絞痛、結(jié)石位置、結(jié)石最大徑、SSD、平均結(jié)石密度在內(nèi)的六個(gè)影響因素，得分0～49，能夠更細(xì)致地評(píng)價(jià)病人ESWL的SFR，且該評(píng)分系統(tǒng)AUC達(dá)到0.71，能夠較好地預(yù)測上尿路結(jié)石ESWL術(shù)后的SFR。

列線圖與評(píng)分系統(tǒng)，兩者都有較高的ESWL療效預(yù)測能力，而評(píng)分系統(tǒng)不需要通過復(fù)雜的計(jì)算，就能夠得到理想預(yù)測結(jié)果，更符合臨床要求。當(dāng)然在評(píng)分系統(tǒng)有其優(yōu)越性的同時(shí)，也有其缺陷。雖然也有不少研究對(duì)評(píng)分系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，但仍需要有更多大樣本、高質(zhì)量的研究以評(píng)估其臨床有效性和準(zhǔn)確性[19-21]。

四、結(jié)石異質(zhì)性

結(jié)石并不是結(jié)構(gòu)均勻的物體，其結(jié)構(gòu)不均勻的特性稱之為結(jié)石異質(zhì)性，有研究表明，結(jié)石異質(zhì)性也會(huì)影響ESWL的成功率。影像學(xué)檢查并不能直接得出結(jié)石異質(zhì)性。Yamashita等[15]的研究定義了一個(gè)新的參考數(shù)據(jù)——結(jié)石密度變異系數(shù)(variation coefficient of stone density，VCSD)來評(píng)估結(jié)石的不均勻程度。VCSD可以通過公式計(jì)算得出，且VCSD(AUC：0.718 1)較平均結(jié)石密度(AUC：0.638 4)有更好的預(yù)測ESWL成功的能力。除了通過計(jì)算得出的VCSD外，還有借助軟件評(píng)估結(jié)石異質(zhì)性的方法，即CT結(jié)構(gòu)分析(CT textural analysis，CTTA)。通過對(duì)CT圖像進(jìn)行導(dǎo)出處理分析后，運(yùn)用專門的CTTA軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，能夠得到與結(jié)石結(jié)構(gòu)相關(guān)的參數(shù)(熵、偏度、峰度等)。Cui等[22]的研究提示，CTTA是可靠的結(jié)石結(jié)構(gòu)分析工具，其生成的反應(yīng)結(jié)石異質(zhì)性的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)可以用來預(yù)測ESWL的可行性，且其預(yù)測SFR的準(zhǔn)確率為72%。Xun等[23]回顧了100例輸尿管近端結(jié)石的病人，得出CTTA得出的峰度越高，ESWL的成功率越低。尚有很多關(guān)于CTTA的研究，都證實(shí)了其有較好的預(yù)測ESWL療效的能力，熵、峰度、偏度等CTTA參數(shù)被發(fā)現(xiàn)是ESWL的成功率的顯著預(yù)測因素[2,10,24]。雖然CTTA被證實(shí)了在預(yù)測ESWL成功率方面的潛力，但還需要更進(jìn)一步的臨床研究來探討采用哪個(gè)參數(shù)來評(píng)估ESWL的成功率。

五、人工智能

在泌尿外科領(lǐng)域，人工智能正在發(fā)揮著越來越多的作用，其優(yōu)越性在于高效地分析處理海量數(shù)據(jù)的能力，加上電子病歷的推廣運(yùn)用，使得人工智能能夠在醫(yī)療決策方面發(fā)揮更大的作用，在泌尿系結(jié)石方面也是如此。其工作流程大致如下，收集盡可能多的影響因子數(shù)據(jù)(多來源于回顧性研究)，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一導(dǎo)入到特定軟件中，軟件則會(huì)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集合進(jìn)行分析，再通過對(duì)比研究中的ESWL治療結(jié)果，從而對(duì)各數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)集合的預(yù)測能力進(jìn)行評(píng)估。Yang等[25]通過對(duì)358個(gè)腎結(jié)石和輸尿管上段結(jié)石的案例進(jìn)行回顧性，經(jīng)過人工智能數(shù)據(jù)分析后得出結(jié)論，平均結(jié)石密度是預(yù)測ESWL療效的最重要因素，結(jié)石體積、SSD和結(jié)石長徑也是預(yù)測ESWL療效的重要因素。Choo等[26]對(duì)791例輸尿管病人進(jìn)行回顧，通過人工智能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最后得出結(jié)論，結(jié)石體積、結(jié)石最長徑和結(jié)石密度是預(yù)測能力最佳的三個(gè)預(yù)測因子，且隨著預(yù)測系統(tǒng)內(nèi)包含的預(yù)測因子數(shù)量的增加，預(yù)測系統(tǒng)的敏感度能夠保持在90%以上，而特異性則從26.95%提高到85.82%，最后建立了一個(gè)包含有15個(gè)影響因素的決策模型，其敏感度為95.87%，特異度為85.82，準(zhǔn)確率為92.29%，AUC值0.951，有很強(qiáng)的預(yù)測能力。人工智能有助于大數(shù)據(jù)分析和綜合，有助于預(yù)測泌尿系結(jié)石的ESWL療效。

隨著技術(shù)的進(jìn)步與更多的深入研究，在原有預(yù)測因素如結(jié)石大小、結(jié)石密度、皮膚結(jié)石距離等基礎(chǔ)上，提出了新的預(yù)測因素——結(jié)石異質(zhì)性。不同因素組合成的評(píng)分系統(tǒng)也被提出以用于療效預(yù)測，雖然仍然缺少足夠數(shù)量的文獻(xiàn)支持，但已被驗(yàn)證有一定的可行性。人工智能的運(yùn)用更是提高了療效預(yù)測的準(zhǔn)確性和敏感性。隨著研究的深入，更準(zhǔn)確的ESWL療效預(yù)測方案會(huì)被提出。