目的 比较普通CT和双能量CT在双盲情况下预测结石成分准确性。方法 完成体外32枚已知成分的肾结石扫描，首先使用峰值120千伏（kV [p]）标准CT技术，然后使用在80和峰值140千伏（kV [p]）间快速切换的双源CT扫描。对于双源CT扫描，生成的光谱曲线证实了亨氏单位（HU）值随电压而变化。通过比较每个已知样本物质来预测每个结石成分。尝试使用单能量CT确定结石成分，将每个结石CT值与先前研究中的数值范围进行比较。比较每种方法的准确性。结果 对27枚大小合适的结石进行分析。 单能量正确识别27个结石的14个（52％），而双源CT光谱曲线对其中20枚（74％）正确识别。单能量与双源CT全部识别12个尿酸结石，分别正确识别6例鸟粪石中的2例和3例，5例胱氨酸结石中的0例和3例，以及4个草酸钙结石中的0例和2例 。 当仅区分尿酸和非尿酸结石时，相比较单能CT可以准确识别15枚个结石中的6例（40％），双源CT准确识别15枚结石中的14例（93%）。结论 双源CT比普通CT在区分结石成分方面更具有优势，特别是准确地区分非尿酸和尿酸结石。
尿路结石的评估和治疗是美国保健部分沉重且日益加重的负担。20世纪最后25年，男性人群中超过12％，女性超过6％的人有结石病风险。据估计2000年排除失业率及生产率后，美国医疗保健体系为结石病诊治支出为21亿美元。影像学对尿结石诊断起着至关重要的作用。过去选择普通X线平片及静脉泌尿造影，然而，非增强（CT）扫描已成为评价有症状尿石症患者的金标准。CT对探查结石具有良好的灵敏度和特异性，特别是确定结石大小和位置，这又有助于指导治疗。
尿石症治疗成功与否很大程度上取决于结石成分。例如，尿酸结石可以通过临床干预，此外某些类型结石对冲击波碎石（SWL）具有抵抗。理想情况下，可以在成像时确定结石成分，对患者进行非必须或不成功的治疗前决定治疗策略。这是普通CT扫描主要不足之处。
双能量CT是一种有潜力进行结石成分区分，具有较好前景的新技术。普通“单能量”扫描的局限性在于任何物体亨氏单位（HU）值与其衰减系数有关，其衰减系数不仅取决于组成和密度，而且取决于与其相互作用光子能量。 因此，物质的衰减系数在某个单能级处不唯一，并且与其他物质不可区分。 双源CT在2个不同的能级（通常140和80千伏峰值（kV [p]））下扫描，从而获得不同的（通常在较低能量下）衰减系数有助于区分物质不同的成分。
目前，商业使用三种不同配置的双源CT，每种技术不同。 西门子医疗方案的炫速CT是第一个使用的双源CT设备。
第一种使用的双源技术，是两个x射线管以90-95角排列。 在两种设定能级上同时工作。 第二种，如GE 医疗 Discovery 750 HD使用1个x射线管，在80和140kV（p）之间快速切换。被称为“快速kV切换”，具有0.4毫秒时间间隔。第三种配置，Philips 医疗 Brilliance 64中使用单源双层检测器。该检测器有2个“夹层”：第一层吸收大部分低能量光谱，第二层吸收较高能量光谱。然后分别从2个层重建出图像，减轻对2个单独光束的要求。
过去的研究显示出双源CT可以准确预测体内和离体结石多种表型。回顾性比较双源CT与普通CT后，发现双源CT对7种不同类型结石的衰减值重叠要少得多。 然而，目前没有研究在双盲情况下对临床及预设范围内双源CT准确性做前瞻性比较。 在这项研究中，我们目的是比较双源CT和普通CT确定结石表型的准确性。
材料和方法
通过红外光谱法测定的32枚已知成分的肾脏纯结石被置于标准体重指数的液体中。 结石大小范围1-10mm，由纯尿酸，胱氨酸，鸟粪石和一水草酸钙组成。25厘米高40厘米宽条件下模拟散射。使用120kV（p）的传统成像技术扫描结石，随后使用快速kV切换双源CT，使用相同扫描（GE 医疗 Discovery 750HD）。 使用扫描参数为40毫米准直，0.625毫米层厚数据采集，螺距0.984：1和常规腹部扫描匹配的大蝶形滤过。
对于双源CT分析，在1.25mm厚度和0.625mm间隔重建后得出重叠单色图像。这些图像像素值能够在40-140keV单色图像后处理工作站上查看。 一位医生不知情的情况下在每个结石上画一个小圆形区域作为感兴趣（ROI）区。 单色图像CT值随每个结石样本中画出兴趣区的千电子伏特谱而变化，并且将每个样品曲线与国家标准与技术研究所（NIST）已知物质曲线进行比较。 图1列举了与国家标准与技术研究所曲线相比后，样本结石的光谱曲线图。使用双源CT确定结石亚型，以下公式应用于兴趣区。
HU value（ at 40 keV） — HU value（ at 140 keV）
该公式同样适用于国家标准与技术研究所已知物质曲线。随后制定参考范围，使每个参考结石表型上限和下限定在下一个表型值中间以避免该范围内任何重叠。将结石样本获得的兴趣区值与国家标准与技术研究所的参考范围进行比较，目的是对每个结石1-4个亚型归类。
为了用普通CT确定结石表型，在单能量扫描时记录每个结石兴趣区CT值，并且与先前报告每个结石亚型CT范围值进行比较。每个结石归在4个亚型中的1个、我们的样本包括在内。
在不知情的情况下,另一位泌尿科医生做相关解释。这样做目的是为了证实易使用和模拟医生可以解释预后的临床环境，独立于影像学服务，方便病人及时护理。一旦临床医生完成每种结石类型归类，将结果与通过红外光谱测定的真实表型进行比较。然后我们比较每种结石2种鉴别方法和整体准确性。
Figure 1. The spectral curve generated from a sample stone compared with spectral curves provided by National Institute of Standards and Technology. The slope of the sample curve very closely approximates the curve for known calcium oxalate monohydrate. HU, Hounsfield unit. (Color version available online.)
结果
27枚完全能够在结石上画出感兴趣区结石。将小于<3mm、不能画出兴趣区的结石排除在外。表1概括了每个结石大小和成分。表2对每个结石亚型的平均衰减值与参考范围值做了比较。表2比较了每种结石类型准确性。对于单能量，可识别出27枚结石中14例（52％），而双能量方式能正确识别出20例（74％），双能量准确性更高。
结石分析结果如下，单能CT与双源CT均正确识别12例尿酸结石，6例鸟粪石中2例和3例，5例胱氨酸结石中0例和3例，4例草酸钙结石中的0例和2例。
当仅仅区分尿酸或非尿酸结石，两组中所有尿酸结石都被正确识别; 然而，相比较双源CT仅错误识别15例非尿酸结石中的1例（特异性93％），单能CT组错误地将15例非尿酸结石中的9例识别为尿酸结石（特异性40％）.
讨论
明确结石成分是确定最佳治疗方案的决定性因素，但是还没有可靠方法在结石已取出或排出之前确定成分。理想情况下，治疗前明确结石类型将能够选择最佳治疗策略从而提高患者预后。包括尿酸结石药物溶石疗法，报告成功率已经达70％-80％，并且可以使患者免于潜在不必要和侵入性治疗。胱氨酸或一水草酸钙结石患者应避免冲击波碎石，从而最大可能减少无效治疗和重复治疗。这个优点在降低结石、典型沉积物总费用支出方面起相当大的作用。
对普通CT识别结石进行多变量研究。一项研究发现，能够从区分草酸钙结石与尿酸结石，但鸟粪石和胱氨酸结石一起分析时，重叠的CT值导致结果错误，并且不可预测出每种类型结石平均CT值差异性。另一项研究发现，使用普通CT扫描时，尿酸结石衰减值与其他类型结石明显不同。然而，与其他类型结石在一定范围内仍有重叠，使前瞻性分类更加复杂。我们研究得出单能CT扫描对所有类型结石都有明显重叠，此外，我们发现这项技术并不能可靠地区分非尿酸和尿酸结石，错误的将60％的非尿酸组分为尿酸组。双源CT是一种相对较新、具有更高区分结石类型的潜力。虽然从CT诞生之初就存在2个能量概念，但直到现在才真正实现2个能量下同步采集数据的技术。以往的研究已经显示出光明的前景。Manglaviti等人对体内49枚尿结石进行了评估，发现只有4例（所有都是混合成分）分类错误。Thomas等人采用低剂量模式对40名患者进行扫描，除了2名患者外，区分出其他患者的含钙结石，尿酸，胱氨酸和鸟粪石。Li等人最近对7个纯结石的双源CT与普通120k V（p）CT衰减值做了对比。尽管一水草酸钙和二水草酸钙，鸟粪石和胱氨酸，磷酸钙和碳酸氢钙结石存在一定范围的重叠，但以50keV分析时，7种结石总衰减值具有明显统计学差异。然而，普通CT不能区分出多种结石类型。
双源技术增加患者潜在的辐射暴露。人们常假设“双”能意味剂量更高;然而，辐射剂量随技术不同而变化，已经有多种模式减少暴露风险。对这个问题还没有定论，因为许多机构报告的剂量值没有考虑正常图像质量，信噪比或剂量长度乘积等关键因素，依我们看，腹部双源CT与普通CT平均辐射剂量相同。过去，快速kV转换的双源CT平均剂量高达17.5 mGy; 然而，最近的升级已经使剂量下降与普通CT的剂量相同。
据我们经验，这是首次直接将普通CT与双源CT在双盲情况下前瞻性研究。目的是模拟这两种成像方式在临床情况下是如何通过建立精准评价参考值，而不是仅仅对平均衰减值差异做回顾性评估。此外，目前大多数文献报道还是使用老双源CT，而我们使用较新的快速kV切换双源CT（GE Healthcare Discovery 750 HD）做了第一次报道。虽然只限于少量的结石，我们的研究表明双源CT对识别所有结石亚型上更具优越性，所有结石准确性为74%，尽管不是比较研究，与另一个前瞻性研究相似。我们数据中两种技术最显著差异在于区分非尿酸和尿酸结石，双源CT仅将1种非尿酸结石错误分类。
我们的研究存在几方面不足。最明显的是,留存的结石样本数目不足导致不能做有价值的统计分析。我们承认,研究的第一步是收集足够多的结石来弥补以上不足。此外，这些结石只包含少许一水草酸钙，并不包括二水草酸钙结石。这就阻碍了区分一水草酸钙与二水草酸钙，这些将能更好地预测体外冲击波碎石成功率。
这一技术初期也存在多个问题。例如，我们使用双源CT（在40 keV、140 ke V下的CT值）公式对结石进行分类，仅仅是几种之前研究所描述的方法，如高-低能量比率，纯化低能量值或有效Z值。此外，没有普通及双源CT可接受的参考值范围促使我们在先前报告和NIST曲线基础上创建出新的参考范围，由于多种扫描模式可能会降低研究结果。 Grosjean等人比较了4种不同扫描仪衰减值，发现相同结石在特定模式下的值存在显著差异。尽管如此，研究中每个扫描仪使用双能量技术比单能量存在明显不同。他们得出结论：CT衰减值可用于CT扫描仪研发。如果建立这些参数，我们相信结果可能会更加准确。理想情况下，今后的研究将能够在大样本，盲法，前瞻性方式，及体内分析比较2种扫描方法以确定临床价值。 随着初期技术的成熟，应建立理想的双源CT分类方法和方案，包括特定扫描参数。 这能够在不久的将来用于结石成分精确分析和优优治疗方案。
结论
当进行双盲、前瞻性方式比较时，双源CT在区分草酸钙，胱氨酸，鸟粪石和尿酸结石方面比普通单能CT更有优势。 此外，区分尿酸与非尿酸结石方面具有独特优势。
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