离体胆结石成分能谱CT分析

张子田，李松柏*，韩向军，王 洋，王嘉奇

(1.中国医科大学附属第一医院放射科，辽宁 沈阳 110001；2.中国医科大学公共基础学院化学教研室，辽宁 沈阳 110001)

胆结石病是我国较为常见的胃肠道疾病之一，在部分地区其发病率呈上升趋势[1]。胆结石形成原因复杂，涉及胆汁代谢、遗传、不良生活习惯及炎症感染等方面[2]。对于胆结石病的影像学检查方法多样，但多局限于诊断胆结石病，而对胆结石成分本身的研究则较少。现阶段临床治疗胆结石主要以胆囊切除术为主，存在胆汁反流性胃炎、胆管损伤、消化道肿瘤发病率升高、胆总管结石发病率增加及易出现假性动脉瘤等问题[3-4]，寻求更加安全、禁忌证少、损伤小的治疗方法是必然趋势，尤其对于部分由于各种原因难以接受胆囊切除术的患者，采用介入手段对胆结石进行胆囊内溶石的保胆治疗将是很好的治疗方法。由于部分胆结石为分层结构，且对不同成分结石所使用的溶石剂不同，分析胆结石成分十分必要。目前对于在体胆结石的分析方法罕有报道。本研究收集54枚离体胆结石进行能谱CT扫描，使用红外光谱分析测定结石成分，探讨能谱CT图像及参数与胆结石成分的关系。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2017年1—12月54例于我院接受胆囊切除术患者的块状胆囊结石，共54枚。排除直径<0.5 cm结石及胆囊切除术中及术后出现破损的结石。

1.2 仪器与方法 将结石分别放入直径1.5 cm、长度5.5 cm的试管，填充生理盐水(模拟胆汁)并排空气泡，以随机数表法编号，并将试管放入充满生理盐水的水模中，以仅充满生理盐水的试管作为空白对照。

采用GE Discovery CT 750HD宝石能谱CT机，电压为高低能量(80 kVp/140 kVp)瞬时(0.5 ms)切换，螺距0.984∶1，螺旋扫描速度0.6秒/圈，矩阵512×512。

1.3 图像分析 将图像导入GE AW 4.6工作站，利用基物质图像和单能量图像获得结石边缘与试管中生理盐水对比度最佳的图像，分别于轴位、冠状位及矢状位结石最大层面勾画ROI，对于均质结石尽量靠近结石内部选择ROI，对非均质结石则先分层测量，再测量整个结石的ROI，尽量避免结石边缘导致的部分容积效应。所取ROI面积3.66～83.00 mm2，平均26.93 mm2。将40～100 keV的CT值均值定义为结石的平均CT值，测量3次取均值；计算CT值斜率和钙水比值(calcium-water ratio, CWR)：斜率=(40 keV CT值-100 keV CT值)/60，CWR=钙基图值/水基图值；直接获得能谱曲线及有效原子序数(effective atomic number, Zeff)。

1.4 结石成分分析与分组 采用傅立叶红外光谱检测结石的主要成分，利用结石内有效物质的标准品制定标准曲线，OMNIC软件确定有效成分特征吸收峰的位置，并将光谱分析结果与标准图谱对照，最终确定结石的主要成分，测量有效成分的峰高。根据红外光谱分析，将结石主要成分分为胆固醇、胆红素钙、碳酸钙及硬脂酸钙。

将仅含胆固醇特征峰的结石归为纯胆固醇结石组；含有其他成分特征峰的胆结石归为非纯胆固醇结石组，其中含有硬脂酸钙特征峰的结石归为硬质酸钙结石亚组，含有胆红素且不含硬脂酸钙的结石归为胆红素钙结石亚组，含有碳酸钙特征峰的结石归为碳酸钙结石亚组[5-6]。此外，根据能谱CT所见将纯胆固醇结石组分为均质和非均质胆固醇结石亚组。

1.5 统计学分析 采用SPSS 25.0统计分析软件对各组能谱CT参数进行正态分析，符合正态分布的资料以±s表示，非正态分布的资料以中位数(上下四分位数)表示；对纯胆固醇组和非纯胆固醇组、硬质酸钙和胆红素钙结石亚组能谱CT参数行Mann-WhitneyU检验；绘制ROC曲线，获得AUC及鉴别纯胆固醇及非纯胆固醇结石的阈值，计算敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值和诊断准确率。采用Medcalc统计分析软件，采用DeLong法比较各参数用于鉴别纯胆固醇及非纯胆固醇结石的AUC；P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

54枚结石中，纯胆固醇结石组32枚，其中均质胆固醇结石亚组20枚、非均质胆固醇结石亚组12枚；非纯胆固醇组22枚，其中硬质酸钙结石亚组6枚、胆红素钙结石亚组13枚、碳酸钙结石亚组3枚。因碳酸钙结石亚组结石样本数少，未纳入数据统计分析。

均质胆固醇结石能谱CT曲线呈稍平缓的升高、下降型(图1)；非均质胆固醇结石内核能谱CT曲线呈弓背向上的弧形，外壳呈稍平缓的升高、下降型(图2)；胆红素钙结石呈弓背向下型(图3)；碳酸钙结石呈较陡的弓背向下型(图4)；胆固醇、碳酸钙混合结石内核呈典型的弓背向上型，外部呈较陡的弓背向下型(图5)；硬脂酸钙结石则呈弓背向下型曲线(图6)。

纯胆固醇结石组与非纯胆固醇结石组、均质胆固醇结石亚组与胆红素钙结石亚组CT值、Zeff、斜率、CWR差异均有统计学意义(U=70.00、46.00、31.00、41.00，48.00、27.00、25.00及34.00，P均<0.01)；其余组别比较差异均无统计学意义(P均>0.05)；见表1。

各能谱参数鉴别诊断纯胆固醇与非纯胆固醇结石的效能见表2，ROC曲线见图7。AUC差异均无统计学意义(P均>0.05)，各能谱参数的诊断效能均较好。

3 讨论

关于胆固醇结石成分的CT研究较少，基于普通混合能量CT对胆结石成分的研究[7-8]参数单一。Kim等[7]认为虚拟平扫CT诊断胆结石有中等程度准确率，对检出胆结石有重要价值；Lee等[8]采用CT虚

表1 各组胆结石相关能谱参数

表2 能谱CT各参数鉴别诊断纯胆固醇与非纯胆固醇结石的效能

图1 均质胆固醇结石 A.能谱CT表现; B.能谱曲线呈稍平缓的升高、下降型 图2 非均质胆固醇结石 A.能谱CT表现; B.能谱曲线示内核呈弓背向上的弧形，外壳呈稍平缓的升高、下降型 图3 胆红素钙结石 A.能谱CT表现; B.能谱曲线弓背向下型 图4 碳酸钙结石 A.能谱CT表现; B.能谱曲线接近纯钙物质，呈较陡的弓背向下型

图5 胆固醇、碳酸钙混合结石 A.能谱CT表现; B.能谱曲线示内核呈典型的弓背向上型，外部呈较陡的弓背向下型 图6 硬脂酸钙结石 A.能谱CT表现; B.能谱呈弓背向下型曲线

图7 各能谱参数鉴别纯胆固醇结石与非纯胆固醇结石的ROC曲线

拟平扫和真实平扫，发现虚拟平扫诊断胆固醇结石的敏感度大于真实平扫，但对于钙类结石的诊断敏感度低于真实平扫。Chen等[9]研究发现能谱图像(40 keV、140 keV、钙基质和脂基质图像)的结石能见度与普通混合能量CT有明显差异，本研究结果与之较为相符，提示根据不同单能量CT图像可明确诊断多数胆结石。

临床对均质胆固醇结石和胆红素钙结石需要采用不同的溶石剂，因此明确结石成分对于治疗结石十分关键。目前鲜见采用双能量CT研究胆结石成分的报道。Bauer等[10]采用双源CT对胆结石成分进行体外研究，以红外光谱结果作为金标准，发现通过双能量成像可准确获得胆固醇结石(胆固醇成分多于70%且无钙质成分)的CT值，且采用CT值鉴别纯胆固醇与非纯胆固醇结石的敏感度为95%，特异度为100%，与本研究的结果相近，但Bauer等[10]研究采用双源CT，而本研究采用能谱CT，可获得较CT值更多的参数，如Zeff、能谱曲线等，并一次性获得从40～140 keV的单能量图像。此外，Bauer等[10]研究的纯胆固醇结石为均质结石，而本研究将胆固醇结石分为均质结石及有内核和外壳的非均质结石。虽然均质和非均质胆固醇结石红外光谱特征峰基本相同，但本组均质胆固醇结石能谱曲线较为平缓，非均质胆固醇结石的内核呈弓背向上的弧形曲线，而外壳曲线特征则与均质胆固醇结石较接近。本研究发现含低密度内核及稍高密度外壳的结石均为非均质胆固醇结石；能谱曲线呈弓背向上者则均为胆固醇结石。本研究中碳酸钙结石亚组的Zeff及能谱曲线均接近已知纯物质钙，但因数量少，未进行统计学分析，值得进一步研究。本研究中均质胆固醇结石亚组中部分结石的能谱曲线呈下降型，与胆红素钙结石亚组的能谱曲线出现部分重叠，但其能谱CT各参数差异均有统计学意义，可资鉴别。本研究胆红素钙结石亚组样本量较小，有待扩大样本量进一步观察。

既往Voit等[11]采用双能量CT扫描离体胆结石，但敏感度较低；其对胆结石仅根据大体病理学分类，未进行相关检测。本研究所得纯胆固醇及非纯胆固醇结石的ROC曲线表明，CT值、斜率、Zeff、CWR均有良好的诊断价值，敏感度和特异度均较高。

本研究的局限性：胆结石均为术后收集的标本，未记录患者相关临床病史及信息；在未观察CT图像的情况下直接将结石压碎，对分层结构无法逐一确认各层成分；样本量较小，部分结石类型数量少，可能存在偏倚。

总之，能谱CT可作为鉴别离体纯胆固醇及非纯胆固醇结石的有效方法，不同成分胆结石的能谱CT曲线存在差异，使得能谱CT对于胆结石成分分析有重要参考价值。