肾结石疾病的放射学检查

重点

计算机断层扫描（CT）的最新进展改善了肾结石疾病的放射学评估。

使用DECT，可以确定肾结石的体内组成，协助诊断和治疗。

目前正在努力减少与CT检查相关的辐射剂量，包括肾结石病的辐射剂量。

肾结石是腹痛的常见原因，一生中大约每1人中就会受到影响。在过去的二十年中，已经有几项技术进步改变了结石诊断和随访的成像方法。我们回顾了目前肾结石疾病的影像学评估，并概述了新技术如何帮助诊断和管理。

1.简介

肾结石仍然是一个非常普遍的问题，大约十分之一的人在生命中的某个阶段受到影响[1]。肾结石的发病率在过去几十年中似乎有所增加，虽然这可能部分是由于检测的改善，但至少有一部分是由于饮食的改变和肥胖水平的上升。影像学检查在肾结石病患者的管理中起着重要作用，包括初始诊断、治疗计划和药物治疗或泌尿科干预后的随访。在本文中，我们讨论了可用于肾结石检测的各种成像技术，以及最近的进展，这些进展不仅提高了我们检测结石的能力，而且还提高了使用这些新技术（如材料分解）来表征结石成分的能力。本文还将讨论这些技术进步对肾结石的医学和泌尿科管理的影响。

2.成像

腹部和骨盆的未增强CT已成为急性胁腹痛和疑似尿石症患者评估肾结石的一线检查[2]。CT诊断肾结石的敏感性和特异性超过95%[3]。即使在那些没有肾结石的患者中，CT也可以诊断患者疼痛的其他原因，例如阑尾炎，憩室炎或妇科急症（图1）。事实上，多达14%的CT患者为评估疑似尿石症而发现其他诊断[3]。

图 1

3. 超声波

使用超声评估肾脏病理学已经确立。特别是，关于肾结石，超声在检测肾积水方面非常有效，肾积水可能与阻塞性肾结石或输尿管结石有关。事实上，超声可以相对容易地可靠地检测出表现出后声阴影的较大肾结石（图2）。然而，较小的结石，尤其是小于5mm的结石，可能难以通过超声检查发现[ 4 ]， [5] ， [6]。其他人则反驳了这一论点，并表示尽管超声和腹部X线平片联合检查可能会漏诊这些小结石，但这些结石不太可能在临床上变得重要，并且可能会自发排出[7]。

图 2

在最近的一项随机对照试验中，超过2700名疑似肾结石患者被随机分配接受即时超声检查（由急诊医生）、放射科诊断超声或 CT扫描。尽管由于相对容易获得，成本低且没有电离辐射，超声的使用很有吸引力，但作者发现，在接受即时护理的患者中，超声和诊断超声分别在40.7%和27%的病例中需要以CT扫描的形式进行额外的检查。另一方面，这意味着超过一半的超声组患者不需要随后进行CT扫描 [8]。

护理点的超声检查也可以检测肾积水。例如，STONE PLUS预测工具最近解决了检测肾积水的重要性 [9]。通过将性别、时间、起源、恶心、红细胞（STONE）与即时有限超声检查（PLUS）相结合，作者指出，中度或重度肾积水改善了肾结石患者的风险分层，特别是识别那些可能更可能需要干预的患者。因此，超声仍然是泌尿科医生武器库中的重要工具，不仅用于随访已知肾结石患者，而且用于避免暴露于电离辐射的患者，包括孕妇和儿科患者。

4. 常规X线照相和静脉肾盂造影（IVP）

MDCT的出现及其在尿石症患者评估中的优势已经取代了IVP在诊断该病中的作用  [10]。与常规平片相比，非增强CT联合或不联合CT尿路造影可提供更好的评估，尽管它比X线平片提供了额外的信息，例如识别解剖异常和评估肾功能，但与IVP相比，联合或不联合CT尿路造影可提供更好的评估[11] ，  [12]。与IVP相比，接受CT尿路造影的患者的平均有效辐射剂量增加[  13  ]。尽管 X 线平片在评估结石疾病方面存在局限性，但它在肾结石患者的日常评估中继续发挥作用，特别是在接受泌尿科干预以监测结石负荷变化的患者的随访中。

5. 多探测器 CT

腹部和骨盆平扫 CT  通常是疑似肾结石患者的首次放射 学检查 。在过去的二十年中，CT的可用性大幅增加 [14] ，在疑似肾结石的情况下，CT可以在没有任何患者准备的情况下进行，包括需要静脉注射或口服造影剂。通常，从肾脏顶部到骨盆获得非增强轴向图像 （≤5 mm），并结合矢状面和冠状面复位 （2-3 mm） 进行复查。未增强的CT成像不仅可以检测钙基结石，还可以检测X线平片上通常射线可透的结石，例如 黄嘌呤 和 尿酸结石 [15]。

除了检测由于大小和/或成分而在 X 线平片上看不见的结石外，CT 还具有比 传统 X 线照相 更精确的泌尿结石解剖定位的额外好处。例如，输尿管 中的结石可能被上覆的肠子遮挡在 X 线平片上，CT 很容易显示。输尿管结石的继发性体征，如肾积 水 、输尿管积水和 肾周绞合，在 CT 上也立即显现出来。重要的并发症，如穹窿破裂也可能被发现，因此不仅可以更全面地评估结石位置，还可以评估相关影响和并发症，这有助于对可能需要更直接处理的患者进行分类， 如肾管支架或 肾造瘘 术置入。同样，可以识别可能期待治疗的患者，或者可能已经排出结石的患者。

可靠识别结石位置和大小等简单参数的重要性不容低估，因为这样做会直接影响患者管理（ 图 3）。 例如，可以预期，大小为 1 mm 的结石几乎有 25 次中有 9 次会通过，在结石为 16 mm 或更大的患者中，自发排出率降至 <>%。同样，如果结石位于更靠近膀胱输尿管交界处，则结石更有可能通过 [<>]。

图 3

自CT技术[ 17] 开始以来，一直使用一种常用的测量方法Hounsfield单元（HU）来确定材料的衰减，从而估计各种材料的成分。虽然这对于某些材料（如空气，水和 皮质骨 ）相对简单，其中材料之间的差异很大，但如上所述，使用这种测量来治疗肾结石充满了困难。

尽管MDCT具有巨大的优势，但在准确测定结石成分方面仍面临挑战。依靠通过放置感兴趣区域 （ROI） 来估计结石的平均衰减值，传统上允许医生确定结石的成分，在尿酸结石的情况下，这允许通过尿液碱化进行医疗管理。尿酸结石在 200 kV 时的 CT 密度值为 450 至 120 HU，而 磷酸钙 结石的平均 HU 值在 1200 至 1600 之间。尽管基于衰减的方法在使用体外模型时取得了成功[ 18 ]，但由于[ 19 ]、许多结石的混合性质 [20 ]以及精确定位ROI的挑战，特别是在小结石[ 21] 中，它们在体内研究中的成功有限。

6. 双能CT

也许过去几年肾结石成像的最大技术进步是双能CT（DECT）的广泛应用。尽管自1970年代后期以来，对双能CT潜在益处的研究一直在进行 [22] ，但直到最近十年，该技术才被主流医学界使用。DECT可以采用扫描仪的形式，其中单管在高压和低压之间交替（单源，ssDECT），或者扫描仪，其中有两个管，通常正交安装，在不同的电压下工作（140 kVp和80 kVp），并允许采集双能量图像，而无需快速切换管电流（双源， dsDECT） [23]。

双能CT 允许通过比较材料在不同X射线能量下的衰减来增强材料成分的测定。该技术不仅限于区分结石类型，还可以使用数学算法来识别采集图像中的碘，并将其移除以创建虚拟的未增强图像[ 24]。 例如，对于需要碘造影剂来评估腹部实性器官或延迟尿路造影成像的患者，由于可以使用虚拟的未增强数据集，因此无需进行专用的非造影剂采集，从而减少了辐射剂量 [25]。

当使用DECT成像时，肾结石在不同的X射线能量下表现出不同的衰减值，具体取决于它们的组成。然后可以将这些值应用于查找表以估计结石成分[26]，该技术已通过结石成分的实验室评估 [27] 得到验证。双能指数（DEI）是使用数学公式计算的，该公式结合了检查两个部分的衰减值，并由软件用于生成颜色编码图（图 4 ， 图5 ）。重要的是要注意，以不同的X射线能量获取两组图像并不代表辐射剂量的加倍;相反，总剂量在两次采集之间大致分成两半 [28]。 如果单独查看，由于产生每张图像的光子数量相对减少，这些图像会显得嘈杂，然而，实际上，来自考试两部分的信息使用软件组合或混合，以产生看起来相似（如果不是相同）的图像，来自传统MDCT的图像。值得注意的是，在10 s内即可获得完整的腹部双能CT[ 28] ，可以快速诊断和周转时间。在需要延迟或排泄期成像（CT尿路造影）的情况下，从图像中减去碘，创建虚拟的未增强图像的能力，同时减少了输尿管 蠕动 有时可能导致的伪影 [29]。

图 4

图 5

识别结石成分的能力为治疗医生提供了根据晶体成分定制治疗的潜力 [1] （参见下面的治疗计划部分）。

7. 辐射剂量注意事项和低剂量CT

尽管医生应尽可能减少或尽量减少辐射暴露，但肾结石疾病已从CT的最新进展中受益匪浅。

由于许多患者可能反复发作肾  绞痛  ，需要进行多次随访  放射学  检查，因此重要的是要注意累积辐射暴露需要考虑。在可能的情况下，随访肾脏超声和/或腹部 X 线平片可能就足够了，从而避免了与 CT 扫描相关的辐射剂量增加。对于钙基结石尤其如此，在 X 线平片上，钙基结石的放射密度很高。

然而，在需要CT进行可靠重新评估的情况下，应调整随访检查，以使用尽可能少的辐射量，同时仍获得足够的影像学检查。ALARA原则，或尽可能低合理地达到，是现代成像的原则  [30]  ，并要求医学界尽一切合理努力确保辐射剂量保持在最低限度。坚持这一原则不仅对患者有益，而且对整个社区都有好处，并得到了监管限制和社会准则的支持  [31]，  [  32]，[33  ]。

研究表明，仔细估计生成诊断质量图像所需的辐射可将接受肾结石监测的患者的辐射剂量降低多达65%  [34]  ，使用幻像在MDCT上从22mSv降至7.8mSv（有效剂量当量）。同样，在解决体内剂量减少的研究中，已经表明，减少管电流可以减少25%至42%的  剂量  ，同时仍保持准确性  [35]。

除了降低管电流外，现代CT系统通常还配备了其他方法来协助减少剂量。例如，自动管电流调制允许根据患者的体型实时调整管电流;例如，四肢和肺部需要较少的X射线，但那些难以穿透的区域（包括骨盆）需要更多的X射线。这些系统不仅在身体的不同部位（z位置）调整辐射，而且在管子的每个360度旋转内，当管子在角或x-y平面上的不同投影周围移动时，也会调整辐射  [36]。

如何将CT信息重建为图像的进展在减少辐射剂量的驱动中也发挥了重要作用。例如，使用更新的迭代重建算法，包括基于统计和基于模型的IR重建，可以节省25%的辐射剂量[  37]  ，这可以辅以其他剂量节省技术。Moore等人最近的一项前瞻性单中心研究解决了减量CT评估疑似输尿管结石的准确性。作者报告说，使用定制方案可减少88%的剂量，同时仍可识别所有需要泌尿科干预的患者  [38]。  这些发现已在其他研究中得到重复，包括Kulkarni等人的一篇论文，作者通过使用改进的扫描参数和先进的迭代重建算法获得了超过80%的剂量减少[  39]。  其他人报道，软组织结构分辨率降低可能会降低检测结石的灵敏度，然而，特别是在骨盆中，由于图像噪声增加，可能难以在输尿管内或  输尿管  外明确放置钙化[  40]。

最近在美国，一项利用从国家放射学数据登记处获得的信息，对肾绞痛方案  CT研究中  的辐射剂量进行了综述  [41]。  作为背景，剂量指数登记处（DIR）由美国放射学会（ACR）赞助，并从参与该项目的机构进行的单个CT研究中收集辐射暴露数据  [42]。  剂量信息（删除患者标识符）从每个CT扫描仪自动传输到本地服务器，而本地服务器又将数据传输到注册表。这允许机构将特定检查的平均剂量与其他机构进行比较。该评价发现，肾结石方案CT的剂量指数在机构之间差异很大（剂量指数范围为五倍），并且总体而言，实施低剂量方案以减少辐射暴露的空间很大。

尽管如此，超声等替代方法可能对需要长期随访的精心挑选的患者有用，以评估结石负荷的粗大间隔变化或是否存在肾积水。在这组患者中，超声检测结石相当准确  [43]。  然而，在治疗计划方面，超声有其局限性。

8. 治疗计划

CT上准确评估二维结石面积或三维结石体积，使治疗医生能够使用ESWL（ ESWL ）估计成功的可能性 [44] ， [45]。 此外，在形态复杂的结石（如 鹿角 结石）中，结石体积的测定已被证明是更准确的结石负荷决定因素。

随着 双能CT 和物质分解的出现，医生现在能够可靠地确定体内肾结石的组成，从而为治疗泌尿科医生提供有价值的信息，以协助制定治疗计划。例如，尿酸结石约占所有结石的10%，可进行 尿 碱化以帮助其溶解 [46]。 尿酸结石主要由轻化学元素组成，如氢、碳、氧和氮，与含有钙等重元素的非尿酸结石相反。在DECT上，尿酸结石的衰减在低X线和高X线能量采集之间差异很大，而其他肾 结石 的值更相似[ 47]。 一组使用体外模型证明，从非尿酸结石中识别尿酸结石的准确率在93-100%之间 [46]。

即使在那些被确定为不含尿酸的结石中，也已经完成了确定结石的脆弱性和 ESWL 适用性的工作。在一项研究中，使用离体模型测量结石体积、粗糙度和内部形态。具体而言，作者测量了检查中低能量和高能量成分的CT数比，并开发了一个模型，该模型使用碎石系统根据粉碎时间预测结 石 脆性 [48]。 双能预测肾结石主要成分的可靠性也已通过体内模型得到验证 [49]。 此外，在 CT 上测量结石到皮肤距离 （SSD） 等参数的能力使患者能够准确识别是否适合 ESWL。距皮肤表面大于10cm的结石对ESWL的反应较小 [50] ， [51]。

通过CT获得的解剖学信息，包括结石位置，集合系统的阻塞以及与肾结石相关的并发症，可以对患者进行详细的随访，以评估对治疗的反应。在接受支架 置入 的患者中，双能也有助于将支架与小的残留结石碎片区分开来（ 图6 ）。通过准确检测和定位结石的能力，治疗泌尿科医生可以使用结石成分和是否存在肾积水等附加信息，将患者分层为各种治疗流程 [52]。

图 6 尽管超声继续用于治疗计划，但超声已被证明会高估小结石的大小，当实际上结石较小且可能已经自行排出时，有可能推荐治疗[ 6]。 特别是，超声可能会高估小结石（≤5mm）的大小近85% [53] ，这是放射科医生和治疗泌尿科医生都应该认识到的。

9. 特殊情况

9.1. 怀孕

妊娠期  急性腹痛  可能是一个具有挑战性的诊断难题。一旦排除了产科原因，医生就必须着手确定患者疼痛的病因。肾结石是妊娠期非产科腹痛的最常见原因。作为一般规则，如果可能的话，最好避免CT或任何形式的电离辐射  [54]  ，将超声或MRI作为评估妊娠患者的两种潜在方法。通常，超声被用作评估妊娠患者肾结石的一线工具（  图7  ），其安全性已得到充分证实  [55]。  另一方面，MRI通常保留为二线工具，具有完善的安全性  [56]  ，特别是在妊娠中期和  晚期  。作为最后的手段，在极少数情况下，妊娠患者已进行低剂量CT扫描  [57]。

图 7

妊娠期结石的形成是多因素的，包括肾小球滤过改变[ 58]  、尿酸和草酸盐排泄增加，以及妊娠子宫输尿管受压导致尿淤滞增加，特别是在妊娠后期。由于生理性肾积水即使在没有尿石相的患者中也可见，因此对超声检查结果的解释可能会有问题。当持续存在问题时，不含钆的MRI可提供额外的诊断信息。需要注意的是，MRI对检测肾结石本身相对不敏感，但确实提供了极好的软组织对比度，可用于检测肾结石的继发性体征，例如肾周或输尿管周围绞窄，或肾积水，例如[ 52]，[59 ]。在某些情况下，可能找不到肾结石或输尿管结石，但可能出现其他病因。

9.2. 药物诱发的结石

据估计，大约1%或2%的肾结石是药物诱导的。使用蛋白酶抑制剂（如茚地那韦）的患者也可能出现结石，但由于衰减低，此类结石在X线摄影或常规非增强CT上不可见。 与任何肾结石一样，患者可能需要侵入性手术，例如肾病支架置入 术或经皮肾造瘘术 ，因此早期诊断和了解潜在的陷阱非常重要。在这些病例中，尿液分析可能提供线索，因为在光学显微镜下可能可见茚地那韦晶体。 此外，如果强烈考虑药物诱发的肾结石，CT尿路造影可在延迟相位成像时识别充盈缺损。

10. 财务考虑

据估计，肾结石疾病的年费用约为2亿美元。因此，人们正在努力降低肾结石治疗的相关成本，包括进行的影像学检查。在一项多地点随机对照试验中，分析了床旁超声（由急诊科医生进行）、放射科诊断超声和腹部CT的比较成本。肾结石断层扫描评估研究（STONE）试验检查了2700多名患者。作者发现，即时超声的费用为113美元，而放射科的正式诊断超声为141美元，腹部CT扫描的费用为248美元。然而，作者发现，由于多种因素的综合作用，包括初始诊断研究仅占总治疗费用的一小部分，特别是那些需要住院治疗的患者 。很明显，与肾结石病的诊断和治疗相关的医疗费用很复杂，确定和实现成本节约具有挑战性。

11. 结论

放射学技术在尿石症患者的管理中起着不可或缺的作用。技术的进步，特别是在MDCT领域，使这些技术不仅能够提供准确的检测，而且还为泌尿科医生提供对患者选择，治疗计划和监测对各种泌尿科干预的反应至关重要的信息。继续关注与CT技术有关的辐射剂量考虑因素仍然至关重要。放射科医生和泌尿科医生应协同工作，以最佳方式利用成像技术，探索替代成像方法或低剂量技术，以确保与成像相关的风险和益处之间的最佳平衡，为结石病患者提供最佳护理。

McCarthy CJ, Baliyan V, Kordbacheh H, Sajjad Z, Sahani D, Kambadakone A. Radiology of renal stone disease. Int J Surg. 2016 Dec;36(Pt D):638-646. doi: 10.1016/j.ijsu.2016.10.045. Epub 2016 Nov 2. PMID: 27816704.

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