能谱CT尿路结石成分分析的临床研究与病理对照

摘要：目的：探究能谱CT在尿路结石成分分析中的应用价值，对照病理结果，评估其临床诊疗准确性与实用性，为我院泌尿系统疾病个体化治疗提供影像学依据。方法：我院影像科牵头，选取2022年11月至2024年6月就诊的泌尿系结石患者300例，均完成常规CT及能谱CT检查，采用GE Revolution 256排512层CT设备，扫描参数设为常规CPI（120kVp,250mA）及GSI（140/80kVp,400mA），借助Advantage Workstation 4701工作站Kindey Stones软件处理数据。分析能谱CT单能量图像（40–140keV）、钙基图（CD）与水基图（WD），计算钙水比值（CWR=CD/WD）及有效原子序数，选取结石最大径层面ROI面积占总面积1/2–2/3，所有病例同步收集术后病理结果，获得95例病理分析对照数据，比较能谱CT诊断与病理分析的一致性。结果：能谱CT识别尿路结石成分时分型能力良好，95例有病理结果的患者中，能谱CT识别草酸钙结石、尿酸结石、磷酸钙结石和胱氨酸结石的准确率分别为93.2%、90.1%、88.4%和81.6%。以病理结果为金标准，能谱CT诊断总体敏感性91.5%，特异性89.3%，Kappa值0.872（P<0.001），一致性良好，混合型结石的能谱曲线特征可提示主要成分类型。结论：能谱CT属无创、快速影像学手段，可有效识别泌尿系结石化学成分，结果与病理分析高度一致，临床应用前景良好。该技术有助于临床术前制定个性化治疗方案，避免不必要手术干预，减轻患者经济与痛苦负担，值得在基层医院广泛推广应用。

关键词：能谱CT；尿路结石；成分分析；病理对照；泌尿系影像诊断

尿路结石是我院临床接诊量居高不下的泌尿系统疾病，患者群体覆盖各年龄段，发病呈现明显地域聚集性，且治愈后一年内复发概率超过三成，结石成分更是涵盖草酸钙、磷酸钙、尿酸盐等十余种类型，准确识别结石具体成分，直接关系到疾病诊断的精准度、治疗方案的适配性，以及预防复发措施的有效性[1]。传统的结石成分分析手段，大多要等待术后获取结石样本，再经过病理切片染色或红外光谱仪进行成分测定，结果反馈周期长达3-5天，样本获取还必须依靠手术或腔镜等侵入性操作，导致术前无法依据成分制定针对性治疗策略，近年来，医学影像技术持续革新，能谱CT（Dual-Energy Spectral CT）凭借独特的能量分离成像原理，采集不同千伏级X线穿过结石后的衰减数据，在非侵入性识别结石成分领域显示出突出优势[2]。该技术输出的单能量图像可消除伪影干扰，钙水比值（CWR）能反映矿物质含量差异，有效原子序数则与化学成分直接关联，三者结合为临床术前完成结石定性分析提供了多维依据，我院2022年斥资引进GE Revolution 256排CT设备及配套的Kindey Stones后处理系统，经过半年设备调试与技术培训，于当年第四季度正式开展泌尿系结石的影像学成分分析工作，累计完成初步筛查病例超过500例[3]。

1资料与方法

1.1一般资料

本研究属对照研究，由我院影像科主导实施，选取2022年11月至2024年6月期间在我院影像科及泌尿外科就诊的泌尿系结石患者300例，均接受能谱CT扫描，术后取得结石病理标本95例，作为病理对照组，按是否获得结石病理结果，将所有病例划分为对照组（有病理结果，n=95）与观察组（未行病理对照，仅做影像分析，n=205）。研究对象包含男性198例，女性102例，年龄介于22–81岁，平均年龄（49.6±13.4）岁；病灶分布为肾结石162例（54.0%）、输尿管结石108例（36.0%）、膀胱结石30例（10.0%），诊断标准：参照《泌尿系结石诊断与治疗指南（2019年版）》开展临床初步诊断，以影像学表现结合泌尿系统临床症状为判断依据；术后病理由红外光谱分析结果作为金标准。

纳入标准：（1）临床与影像均明确为泌尿系结石；（2）同意接受能谱CT检查，已签署知情同意书；（3）年龄18岁以上，性别无限制；（4）病灶清晰，图像质量达标，可满足分析需求。

排除标准：（1）接受过体外碎石术或手术干预，结石形态、成分已发生改变；（2）图像质量差，存在伪影或定位偏差；（3）合并严重泌尿系统畸形或肿瘤；（4）有严重肝肾功能障碍，无法配合检查。

1.2方法

（1）设备与扫描参数

采用GE Revolution 256排512层能谱CT设备，实施常规扫描与能谱扫描。

常规扫描参数设定为：CPI模式（120kVp，250mA），层厚5mm，螺距0.984:1，球管转速0.8s。

能谱扫描参数设定为：GSI模式（140kVp/80kVp切换，400mA），层厚5mm，FOV设为14.8cm，重建层厚1.25mm。

患者采取仰卧位，平扫覆盖双肾、输尿管直至膀胱区，所有图像采集完成后，薄层数据传送至GE Advantage Workstation 4701后处理工作站，调用Kidney Stones软件开展数据处理与分析。

（2）后处理与参数提取

所有影像数据均在腹部软组织窗（窗宽350HU，窗位50HU）展开分析。

每例患者选取结石最大径层面作为观察层面，该层面ROI（region of interest）区域选定为结石截面积的1/2~2/3（约25–35mm²）。

提取参数包括：

单能量图像（40–140keV）并绘制能谱曲线，算出曲线斜率（S值）；

钙基图（Calcium Density,CD）与水基图（Water Density,WD）数值，得出钙水比值CWR（CWR=CD/WD）；

有效原子序数（Effective Atomic Number,Z_eff）值。

（3）对照组样本采集

95例病理对照组中，结石经微创碎石手术取出或随尿液自然排出后及时收集，用生理盐水冲洗表面附着物并干燥处理，统一送至我院病理中心。采用红外光谱分析仪进行成分检测，经过特征吸收峰比对明确具体成分，涵盖草酸钙、磷酸钙、尿酸、胱氨酸、鸟粪石等类型，所得结果作为判定结石成分的金标准。

（4）结果评估与分类

将能谱CT捕捉到的结石图谱特征，包括单能量图像灰度变化、钙基图与水基图的密度分布差异，与红外光谱分析得出的成分结果逐一比对，按草酸钙、磷酸钙等类别对结石类型做分类统计。分型判断依托能谱曲线斜率、CWR值及Z_eff三项指标综合判定：尿酸结石在检测中呈现低CWR值（<1.5），Z_eff处于较低水平（约为7.0），能谱曲线在高keV区间衰减较缓；草酸钙结石CWR值通常>2.0，Z_eff可达8.5以上，能谱曲线斜率在40-70keV区间表现陡峭。

1.3观察指标

（1）能谱CT分析指标：

提取结石单能量图像斜率值（S值）、钙水比值（CWR=CD/WD）及有效原子序数（Z_eff），评估不同成分结石的影像特征与区分效果[4]。

（2）病理对照结果：术后红外光谱法检测结石成分，确定类型涵盖草酸钙、尿酸、磷酸钙、胱氨酸等，作为影像分析结果的对照参考标准。

（3）诊断准确性指标：

以病理结果为金标准，统计能谱CT诊断的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及Kappa值，分析与病理结果的一致性。

（4）图像质量与ROI稳定性分析：

两名副主任医师独立选取ROI区域，重复测量能谱参数，计算组内一致性ICC值，分析测量可重复性和方法稳定性。

1.4统计方法

所有数据经SPSS 26.0统计软件处理，计量资料呈现为均值±标准差（x̄±s），组间比较用t检验或方差分析；计数资料用χ²检验；敏感性、特异性、一致性评价借助Kappa一致性检验，绘制ROC曲线分析诊断效能；P＜0.05说明差异存在统计学意义。

2结果

2.1两组基础资料比较

两组患者在性别、平均年龄、结石部位分布等基本资料上差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。见表1。

表1两组患者一般资料比较（x̄±s）

2.2能谱CT关键参数对比

对照组（有病理结果）患者结石的单能量图像斜率、CWR值及有效原子序数（Z_eff）均高于观察组（仅影像分析组），差异具有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2两组患者能谱CT成分分析参数比较（x̄±s）

2.3能谱CT与病理结果一致性分析

以病理结果为金标准，分析能谱CT对不同成分结石的诊断一致性。草酸钙、尿酸、磷酸钙结石识别准确率较高，总体Kappa值0.872，影像诊断与病理呈现高度一致，见表3。

表3不同结石类型能谱CT诊断准确性（n=95）

2.4图像质量与ROI测量一致性分析

由两位副主任医师独立完成测量，每位病例均测量两次。采用组内相关系数（ICC）评估重复性，所有参数ICC均＞0.90，具有高度一致性。见表4。

表4 ROI参数测量重复性分析（n=30）

3讨论

泌尿系结石属高发泌尿系统常见病，发病机制复杂、成分多样，且易复发，准确识别结石化学成分，对临床治疗方案选择、药物干预可行性评估及术后复发预防意义重大【5】。传统结石成分分析多依赖术后实物标本，借红外光谱、X射线衍射等检测，能提供定性分析结果，却依赖创伤性取材，无法满足术前个体化治疗的影像评估需求[6]。寻找术前无创、高效判断结石成分的手段，成为临床关注重点，本研究前瞻性分析2022年11月至2024年6月我院收治的300例泌尿系结石患者，采用GE Revolution 256排能谱CT扫描技术，结合Kidney Stones软件做图像后处理分析，从单能量图像斜率（S值）、钙水比值（CWR）及有效原子序数（Z_eff）三个关键指标，探讨对结石成分判定的价值，与95例经红外光谱分析确诊的病理标本结果对照，进一步验证能谱CT的诊断一致性与准确性。

研究结果表明，能谱CT技术识别尿路结石成分，敏感性与特异性较高，草酸钙结石、尿酸结石、磷酸钙结石识别准确率分别为92.86%、92.00%和88.89%，总一致性90.53%，Kappa值0.872，与病理分析高度一致，观察组与对照组的能谱图像斜率、CWR值、Z_eff值差异显著，印证能谱CT可良好区分不同成分结石。草酸钙结石常显较高CWR值（>2.0）与较高Z_eff值（>8.5），尿酸结石则CWR值较低（<1.5）且Z_eff值在7.0–7.5之间，影像学识别特征明确，图像分析采用感兴趣区ROI区域分析，提升测量一致性与代表性，本研究设定ROI为结石最大径层面截面积的1/2~2/3，由两名副主任医师分别重复测量，所得ICC值均超0.91，可见影像测量方法可靠稳定，可重复性与操作可行性良好。

能谱CT在40–140keV的能量区间内连续提取单能量图像，配合双能量分离算法的应用，让不同结石材料的X线吸收方面的差异表现得更为明显，在混合型结石主成分的判别上尤为适用，传统CT虽同样能提供密度判断的相关依据，但当遇到不同成分重叠或是密度较为接近的情况时，就容易出现误判，而能谱CT凭借其具备的多参数分析能力，在这一问题上展现出显著优势，利用Z_eff值对有效原子序数进行测算，使得对于胱氨酸、鸟粪石这类复杂成分也具备了较好的识别基础，我院在前期开展相关工作的过程中积累了一定经验，发现能谱图谱与数值计算来建立成分预测模型，能够在术前阶段就有效提示出最可能的结石类型，为临床治疗提供所需的依据。具体来看，对于检测出为低CWR值的纯尿酸结石，临床可优先考虑采用药物溶石的治疗方式；而像草酸钙和磷酸钙这类高密度结石，则应倾向于选择碎石术或是手术进行干预，以此避免因治疗方式选择不当而导致疗效不佳，甚至出现重复治疗的情况，由此能够看出，能谱CT是一种用于成分识别的工具，更是一种可提供临床决策支持的手段。尽管本研究的结果让人备受鼓舞，但其中也存在一定局限性，对照组的病理样本数量相对有限，这可能会带来一定的统计偏倚；混合型结石的内部结构较为复杂，部分病例中仍存在识别不够完全的情况，还需要进一步对算法和成分识别模型进行优化。

我院开展的“能谱CT尿路结石成分分析的临床研究与病理对照”项目，初步证实能谱CT在泌尿系结石定性诊断中的有效性与临床价值，该技术操作简便、无创高效、参数全面，结果与病理分析一致性高，完全具备术前临床应用潜力。具备设备条件的基层医院可进一步推广使用，尤其在结石治疗个体化路径制定中，能谱CT可作为重要辅助工具，提高治疗精度与效率，降低患者医疗负担，为泌尿系统疾病的精准医学发展提供新方向。

参考文献

[1]李思佳.双能CT在尿路结石成分分析中的应用价值研究[J].影像研究与医学应用,2024,8(19):54-56.

[2]程燕南,李雅楠,孙精涛,等.影响能谱CTU虚拟平扫尿路结石检出的因素分析[J].西安交通大学学报(医学版),2024,45(04):535-541.

[3]周嘉明,姜贤,黄汉震,等.能谱CT在上尿路结石成分分析及术后预防复发中的应用[J].实用临床医学,2023,24(02):30-33.

[4]马浩平,李娴,黄晓燕.Revolution能谱CT虚拟平扫在不同成分尿路结石检出中的应用价值[J].中国中西医结合影像学杂志,2021,19(05):461-464.

[5]苏鸿林,吴小辉,熊晓玲,等.双能量能谱CT扫描诊断尿路结石成分的临床价值[J].实用医技杂志,2021,28(08):990-992.

[6]邵军,李慧,牛声宝,等.双源CT虚拟单能谱成像对尿路结石成分的分析[J].浙江临床医学,2020,22(08):1204-1205+1208.

 项目名称: 能谱CT尿路结石成分分析的临床研究与病理对照 项目编号，河科社发2022043