Factors influencing extracorporeal shock wave lithotripsy efficiency for optimal patient selection

简介：目前的文献提出了与结石和患者相关的各种预测因素，这些预测因素可能会影响结石碎裂和清除率。目的：为接受体外冲击波碎石术（ESWL）的患者建立结石病的临床特征，以预测手术的成功。材料和方法：本研究纳入了 2015 年 1 月至 2019 年 12 月期间接受 ESWL 的 109 名经NCCT 诊断的肾结石患者。终点：患者无结石 (SF) 或检测到 < 4 mm 碎片时。在单变量和多变量回归分析中探索了年龄、性别、位置、皮肤到结石的距离、最大结石长度、结石体积、结石表面积、平均结石 Hounsfield 单位 (HU) 和最高 HU 得分。结果：结石大小显示 ESWL 失败的最高预后能力，其中结石体积和结石表面积的 OR 分别为 1.06 (1.03-1.10) 和 1.04 (1.02-1.06)（所有 p < 0.01），同时观察到一种皮肤到结石头距离 1.02 (1.00-1.03)。手术过程中对 1 立方毫米结石体积（SMLI/结石体积）施加的能量可预测治疗成功（OR = 0.60，95% CI：0.41-0.87，p < 0.01）。结石体积（OR = 1.06，95% CI：1.00-1.14，p = 0.01）和结石表面积（OR = 1.03，95% CI：1.01-1.06，p = 0.02）仍然是治疗失败的统计学显着预后因素。结论：在 ESWL 手术期间，更大的结石体积和结石表面积，这些都是重要因素，可用于预测治疗失败。

Introduction 前言

在过去十年中，男性尿石症的患病率增加了 10.6%，女性增加了 7.1% [1]，男女的复发率都特别高（15 年时为 39%）[2]。所有这些变化导致结石病患者的泌尿外科手术数量增加。因此，随着技术的显着进步，微创手术引起了极大的兴趣，其目的是将治疗并发症降低到最低限度。体外冲击波碎石术 (ESWL) 通常用于治疗上尿路结石患者。使用静态机器的高容量中心的报告表明，肾盂、上盏、中盏和下盏中结石的结石清除率分别为 86-89%、71-83%、73-84% 和 37-68%。3]。因此，正确选择患者是提高 ESWL 疗效和最佳疾病管理的主要基石之一。目前的文献提出了与结石和患者相关的各种预测因素，这些预测因素可能影响结石碎裂和清除率 [4, 5]。此类预测因子包括临床参数，例如体重指数以及计算机断层扫描参数，例如结石位置、皮肤到结石的距离、直径或结石体积以及 CT 值[5, 6]。本研究的目的是为接受 ESWL 的患者确定结石病的临床特征，这可能有助于手术的成功。

Material and methods材料与方法

本研究回顾性纳入了 2015 年 1 月至 2019 年 12 月期间在三级泌尿外科中心接受 ESWL 的非对比计算机断层扫描 (NCCT) 诊断的肾结石患者。共分析了 305 个案例。其中只有 109 名患者符合研究纳入标准，可进行 NCCT 扫描，结石大小范围为 5 至 15 毫米。排除标准是 ESWL 的绝对禁忌症，例如妊娠、活动性尿路感染、未纠正的凝血病和目前接受抗凝治疗的患者。治疗前未行 NCCT、最大结石直径超过 15 mm 或同侧有多颗结石的患者被排除在研究之外。所有患者均采用 Storz Modulith SLK 碎石机，使用超声引导（德国 Storz Medical），在仰卧位下按照相同方案进行治疗，无需麻醉。ESWL 程序由四位不同的泌尿科医生执行。在 ESWL 过程中，多达 3000 次冲击波被传送到石头，功率逐渐增加到 75 mJ，在整个过程中保持 1.5 Hz 的频率。使用 Storz 医学碎石指数 (SMLI) 计算施加到结石上的总能量。没有给患者开其他治疗，包括手术前的内部支架植入术或手术后的药物驱逐治疗。诸如皮肤到结石距离 (SSD)、最大结石长度 (MSL)、结石体积 (SV)、结石表面积 (SSA)、以 Hounsfield 单位 (MSD) 表示的平均结石密度和最高 Hounsfield 单位 (HHU) 得分等变量术前从 NCCT 图像中获得。SSD 计算为 NCCT 上皮肤到目标结石表面的 0°、45° 和 90° 角的平均距离。MSL 在矢状面、横向和冠状体平面上测量。SV 使用以下公式计算：SV = l × w × d × π × 0.167，其中 l 是长度，w 是宽度，d 是深度，π = 3.14159。对于结石密度的测量，每个结石都定义了所有三个身体平面。在每个平面上，一个比石头小的感兴趣区域被描绘出来，在那里测量石头密度，并计算平均值。所有患者于治疗后4周在同一机构的门诊进行随访。超声或 NCCT 用于评估残留碎片。手术成功定义为患者无结石 (SF) 或检测到 < 4 mm 碎片。在治疗失败的情况下，患者在两次手术之间的 1 个月间隔内接受了多达 3 次的重复 ESWL。

统计分析连续变量表示为具有标准偏差 (SD) 的平均值。分类变量的数据以频率和百分比表示。通过 Shapiro-Wilk 检验检查连续变量的正态分布，并在正态分布时通过 t 检验或对非正态分布变量的 Mann-Whitney U 检验进行比较。 Pearson’s χ2 和 Fisher 精确检验用于比较分类变量，视情况而定。为了确定 ESWL 失败的预测因素，进行了单变量和多变量逻辑回归分析，其中计算了优势比 (OR) 和 95% 置信区间 (CI)。生成受试者工作特征 (ROC) 曲线并计算曲线下面积 (AUC) 以比较不同特征的预测能力。所有统计检验均使用 SPSS 软件（IBM Corp., Armonk, NY, USA）进行。 < 0.05 的 P 值被认为具有统计学意义。

结果

总共有 109 名患者参与了研究。研究队列的基线人口统计学和临床特征总结在表 I 中。

Table I

Baseline demographic and clinical characteristics of the study cohort

Variable	All patients (N = 109)	Successful treatment (N = 73)	Treatment failure (N = 36)	P-value*
Age [years] Mean ± SD	54.3 (14.7)	55.8 (13.8)	51.2 (16.7)	0.13
Gender, n (%):
Female	46 (42.2)	32 (43.8)	14 (38.9)	0.68
Male	63 (57.8)	41 (56.2)	22 (61.1)
Stone location, n (%):
Lower calyx	54 (49.5)	37 (50.7)	17 (47.2)	0.83
Other	55 (50.5)	36 (49.3)	19 (52.8)
Max. stone diameter [mm] Mean (± SD)	10.0 (3.6)	8.3 (2.6)	10.8 (3.7)	0.01
Stone volume [mm3] Mean (± SD)	269.5 (232.7)	150.8 (123.3)	328.0 (251.6)	0.01
Stone surface area [mm2] Mean (± SD)	54.3 (35,1)	36.8 (23.0)	62.8 (36.9)	0.02
Stone attenuation value [HU]:
Maximum (± SD)	1170.9 (375.6)	1092.4 (422.6)	1209.7 (346.6)	0.12
Mean stone density (± SD)	804.2 (282.1)	762.1 (301.0)	824.9 (271.9)	0.27
Skin to stone distance [mm] Mean (± SD)	110.2 (24.3)	104.4 (20.8)	113.0 (25.5)	0.03
SMLI Mean (± SD)	167.3 (33.1)	167.4 (32.4)	167.3 (35.1)	0.98
SMLI/stone volume ratio Mean (± SD)	1.3 (1.5)	2.0 (1.8)	1.0 (1.1)	0.01

HU – Hounsfield units, N – number of patients, SD – standard deviation, SMLI – Storz Medical Lithotripsy Index.

*P-values calculated for comparison of successful and failed treatment cohorts only. Statistically significant p-values are marked in bold.

109 名 (70.6%) 患者中有 77 名观察到结石缩小，而 73 名 (67.0%) 患者成功完成手术。治疗失败与更大的结石、更远的目标距离以及手术过程中施加到结石体积单位的能量更少有关（表 I，所有 p < 0.05）。在单变量逻辑回归分析中，结石大小优于其他临床特征，显示出 ESWL 失败的最高预后能力，其中结石体积和结石表面积的 OR 分别为 1.06 (1.03–1.10) 和 1.04 (1.02–1.06)（表 II，所有 p < 0.01) 而观察到皮肤与结石距离为 1.02 (1.00–1.03) 的趋势。手术过程中对 1 立方毫米结石体积（SMLI/结石体积）施加的能量可预测治疗成功（OR = 0.60，95% CI：0.41–0.87，p < 0.01）。在多变量逻辑回归分析（表 II）中，结石体积（OR = 1.06，95% CI：1.00-1.14，p = 0.01）和结石表面积（OR = 1.03，95% CI：1.01-1.06，p = 0.02）仍然作为治疗失败的统计学显着预后因素。

Table II

Univariate and multivariate logistic regression analysis of the associations between clinical characteristics and treatment failure

Variable	Univariate			Multivariate
Variable	OR	95% CI	P-value	OR	95% CI	P-value
Stone volume	1.06	1.03–1.10	0.01	1.06	1.00–1.10	0.01
Stone surface area	1.04	1.02–1.06	0.01	1.03	1.01–1.06	0.02
Mean stone density	1.00	0.99–1.00	0.28	1.00	0.99–1.02	0.73
Skin to stone distance	1.02	1.00–1.03	0.09	1.01	0.99–1.03	0.36
SMLI/stone volume ratio	0.60	0.41–0.87	< 0.01	0.91	0.60–1.38	0.64

CI – confidence interval, OR – odds ratio. Statistically significant p-values are marked in bold.

在 ROC 分析中（图 1），结石体积是 ESWL 失败的最重要的独立预测因子，其中结石体积的 AUC 为 0.754（p < 0.01），结石表面积的 AUC 为 0.742（p < 0.01），而相同的趋势观察到皮肤到结石的距离（AUC = 0.594，p = 0.10）。

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Figure 1

Factors influencing extracorporeal shock wave lithotripsy efficiency for optimal patient selection. ROC analysis results for ESWL failure

AUC – area under the curve; statistically significant p-values are marked in bold.

Discussion

ESWL提供了良好的治疗结果 [6]，其总体并发症发生率与泌尿外科手术（例如逆行输尿管镜检查 [6, 7]）相似。然而，与结石特征和患者体质以及 ESWL 技术方面相关的许多因素已被确定为影响治疗效果 [4, 5]。根据文献，对于小于 20 毫米的结石，ESWL 治疗后的无结石状态为 80-85% [8, 9]，而对于大于 20 毫米的结石为 33-65% [5, 10]。考虑到所有这些发现，建议对小于 20 毫米的肾结石进行 ESWL [11]。这些发现与我们的结果一致，其中结石大小与治疗结果显着相关，并且在 ESWL 失败的患者中检测到更大的结石体积。由于结石清除率较低 52–69% [12–14]，因此在考虑 ESWL 手术时，下极肾结石是一个独特的挑战。在我们的研究中，相当多的患者 (49.5%) 由于下极结石而接受了 ESWL，而在主要治疗结果方面没有观察到显着差异。所有这些发现证实了 ESWL 手术的结石分解功效在肾脏的任何部分都是相同的，而肾脏下极的结石清除可能会受到漏斗角或狭窄的漏斗的影响。BMI 增加可能是 ESWL 结果的独立预测因素。帕里克等人使用液电碎石机评估了因孤立性肾结石而接受 ESWL 测量的 5 至 10 毫米的患者。随访后 72% 的患者无结石，28% 的患者残留大于 3 毫米的碎片。无结石患者的平均 BMI (26.9 ±0.5 kg/m2) 明显小于残留碎片患者 (30.8 ±0.9)。作者进行的逻辑回归分析显示，不成功的结果与 BMI 有统计学显着相关性（OR = 1.34，p < 0.01）[15]。在 688 名患者的更大队列中，Delakas 等人使用第二代液电压冲击波碎石机发现 BMI 增加与 ESWL 失败之间没有关联 [16]。然而，更多的研究表明，高 BMI 会影响 ESWL 的结果。Garrido-Abdad 等人还报道了高BMI是多变量分析后表现出显着差异的参数之一。临界值为 26.9 kg/m2 [17]。

皮肤到结石的距离 (SSD) 主要计算为使用射线照相卡尺在 NCCT 上以 0°、45° 和 90° 角从体表到目标结石的距离的平均值。BMI 是预测 ESWL 成功的重要参数。一些作者得出结论，由于不同的体型和人体和种族之间的体脂分布，SSD 值是比 BMI 更具预测性的参数。帕里克等人揭示 SSD（使用 10 毫米的截止值）是比 BMI 更强大的预测因子，并假设冲击波传播更远的距离与这些冲击波的衰减有关 [4]。同样，维森塔尔等人据报道，SSD 的截止值为 11 毫米 [18]。在之前的研究中已经注意到 ESWL 的失败与更大的 SSD 相关。ESWL 成功的平均 SSD 为 8.12 ±1.74 cm，而 ESWL 失败组为 11.53 ±1.89 cm (p < 0.01) [15]。根据另一项研究，无结石组的平均 SSD 为 83.3 ±21.9 mm，而残留结石组的平均 SSD 为 107.7 ±28.9 mm (p < 0.050)，SSD 是治疗结果的唯一显着独立预测因子[19]。SSD 小于 100 mm 的患者成功率为 71.4%，而 SSD 大于 100 mm 的患者成功率为 46.2%，显示 OR 为 1.036（95% CI：1.014–1.059；p < 0.01）。此外，成功组的 SSD 为 90.65 毫米，而失败组的 SSD 为 104.33 毫米，这有利于建议的临界值 [13]。辛德等人。据报道，在他们的研究中，成功组的平均 SSD 为 103.9 ±21.3 毫米，而失败组的平均 SSD 为 111.6 ±22.4 毫米 [20]。我们的分析结果与其他作者一致，成功治疗组的平均 SSD 为 104.4 ±20.8 mm，失败组为 113.0 ±25.5 mm（p < 0.01）。然而，也有一些针对亚洲人群的研究得出了相互矛盾的结果。由于亚洲人与西方人相比身体较瘦，有人认为它不适用于亚洲人。各种研究报告说，SSD 不是一个有意义的因素 [21]。

结石衰减值 (SAV) 主要通过在 NCCT 扫描中显示结石的三个不同视图中创建三个感兴趣区域来测量，以最大尺寸显示结石。它由 Hounsfield 单位 (HU) [13] 中定义的石头区域的平均值表示。其他作者使用从骨窗中的结石中选出的三个一致（面积 0.02 cm2）、非重叠感兴趣区域的平均衰减来计算 SAV [21]。有一个结论是，密度越高的结石需要更多的冲击波 [15, 21, 22]。此外，在 2013 年，Hameed 等人[23] 报告了类似的结果并得出结论，大于 1,350 HU 的结石需要增加冲击波能量。现在大多数作者使用 815-1000 HU 的临界值来预测成功的 ESWL。辛德等人观察到结石密度 > 1000 HU 的患者无结石率为 56.2%，而结石密度 ≤ 1000 HU 的患者为 87.7% [20]。在 Wiesenthal 的研究和 Wang 的另一项研究中，超过 900 HU 的结石在 ESWL 后更有可能失败 [18, 24]。中里等人据报道，ESWL 后结石 < 815 HU 的成功率显着高于结石 > 815 HU (p < 0.02) [25]。在另一项研究中，Quzaid 等人据报道，970 HU 的结石密度是测定结石密度的最敏感点。他们对 < 970 HU 的结石达到 96% 的无结石率，对≥ 970 HU 的结石达到 38% 的无结石率 (p < 0.001) [26]。SAV 小于 500 HU 的患者更可能清除结石 (93.8%)，而那些值大于 1,000 HU 的患者获得成功结果的可能性要小得多 (24.5%)，即使冲击波数量增加[ 13]。其他作者也发表了对小于 500 HU 的结石患者的完美结果 [14]。在我们的研究中，ESWL 成功组和失败组的平均结石密度没有显着差异，但平均结石密度低于 500 HU 的患者在 71.1% 的病例中获得成功的治疗结果，而高于 500 HU 的患者仅在 47.4% 的病例中获得了阳性结果% 的病例 (p = 0.06)。

随着 NCCT 评估结石疾病的频繁使用，结石负荷通常使用轴向结石直径来测量。结石的大小通常通过测量最大长度来评估。然而，肾结石是不规则的 3D 结构，可能具有复杂的几何形状。结石表面积是对结石负荷的 2D 测量，因为它考虑了结石的整体形状。传统射线照相测量的结石长度和表面积都无法提供任何体积信息，因为它们受限于无法测量第三个维度（结石的深度）。重要的是，结石的形状和深度可能对总结石负荷有重大影响。圆柱体的总体积是相同直径和高度的球体体积的两倍。在测量形状不规则结石患者的结石负荷时，这些差异可能更为重要 [27]。班迪等人分析了结石体积如何预测 ESWL 的结果。无结石组和残留碎片组的平均结石体积显着不同（274 与 464 µl），结石体积是无结石状态的最强预测因子。结石体积 < 500 μl 最好预测治疗成功，结石体积 < 500 μl 的患者中有 72% 获得成功，而结石体积 > 500 μl 的患者只有 27% [27]。同样，El-Nahas 声称 SV 是 ESWL 后结石崩解的预测因素 [28]。我们成功治疗的患者组的平均结石体积为 150.8 ±123.3 mm3，失败组为 328.0 ±251.6 mm3 (p < 0.01)。在单变量逻辑回归分析中，结石大小显示出 ESWL 失败的最高预后能力，其中结石体积和结石表面积的 OR 分别为 1.06 (1.03–1.10) 和 1.04 (1.02–1.06)。在包括所有显着协变量的多变量逻辑回归分析中，结石体积（OR = 1.06，95% CI：1.00–1.14，p = 0.01）和结石表面积（OR = 1.03，95% CI：1.01–1.06，p = 0.02 ) 被显示为治疗失败的预后因素。Tran 等人的一项研究。提出了一个简单的结石体积指标，并将其称为椭圆体结石体积 (ESV)。该指标旨在克服计算结石体积的困难。ESV 可以通过测量前后、水平和头尾结石直径来快速确定。值得注意的是，当 ESV 与计算机生成的 3D 结石体积进行比较时，相关系数为 0.9893。作者发现 ESV 是 ESWL 成功的有力预测因素，其 AUC 为 0.775 [29]。瓦卡斯等人注意到结石负荷（结石大小或直径、结石面积和结石体积）与成功率之间存在相关性。成功组的结石体积 (mm3) 为 515.44 ±628.05，失败组为 1,118.31 ±1,335.74。然而，这在多变量分析中再次没有显示出任何意义。这可能是由于他们研究人群中结石大小的同质性导致了 I 类错误 [13]。

应用最佳冲击波率既可以改善结石碎裂，又可以减少周围组织损伤 [30]。康等人在系统评价和网络荟萃分析中比较了低 (1 Hz)、中 (1.5 Hz) 和高 (2 Hz) 碎石率。包括 13 项 RCT，表明低频率 (OR = 2.2) 或中频 ESWL (OR = 2.5) 的成功率高于高频 ESWL。低频和中频 ESWL 的 ESWL 成功率没有显着差异 [31]。香港的一项研究评估了渐进方案对接受肾结石体外冲击波碎石术的患者的影响。他们将患者随机分为两组：第 1 组（第 1000 次能量级别 5 电击，然后是 1000 次能量级别 6 电击和 1000 次能量级别 7 最终电击）和第 2 组固定电压方案（所有 3000 次能量级别电击））。第 1 组接受的能量比第 2 组低 14.8%，这是显着的（p < 0.001）。第 1 组和第 2 组的治疗成功率分别为 67.8% 和 73.6%，不显着（第 1 组粗 OR = 0.753，95% CI：0.456–1.244，p = 0.268）。第 1 组和第 2 组的无结石率差异为 36.6% 和 41.9%，并且也不显着。然而，第 1 组和第 2 组的肾周血肿发生率存在显着差异，分别在 23.8% 和 43.8% 的患者中观察到（p < 0.001）[32]。在我们的研究中，我们在 ESWL 程序中每分钟使用 90 次电击。还使用了Ramping技术，冲击波功率逐渐增加到 75 mJ。我们没有发现任何当前的研究分析结石体积单位提供的功率如何影响 ESWL 效率。在我们的分析过程中，使用 SMLI 指数（由冲击波率调整的冲击波功率）计算传递到结石的功率。成功治疗的患者的平均 SMLI/结石体积比为 2.0 ±1.8，而失败组的比值较低，为 1.0 ±1.1 (p = 0.01)。这些结果表明，为单个结石体积提供的功率是 ESWL 结果的重要因素。SMLI/结石体积是治疗成功的预测因素（OR = 0.60，95% CI：0.41–0.87，p < 0.01）。这些发现肯定需要进一步调查，最佳临界值仍然未知。患者年龄对 ESWL 结果的影响是有争议的。

许多研究讨论了影响 ESWL 结果的因素，但只有少数研究考虑了年龄的重要性。一项对 3023 名接受 ESWL 治疗的肾和输尿管结石患者的研究表明，无结石率显着降低与年龄较大有关 [5]。另一项对 2954 名接受 ESWL 治疗的肾结石患者的多变量分析显示，年龄 > 40 岁的患者的无结石率显着降低 [33]。这一发现的原因仍然未知。与年龄相关的肾硬化变化可能会影响 ESWL 的声阻抗和较低的疗效。另一个因素可能是减少体力活动。需要进一步的研究来分析年龄作为 ESWL 结果的预测因素。

临床列线图已被用于指导医生为特定患者选择最安全和最有效的治疗方法。一些作者已经证明，当使用来自列线图的信息来选择接受 ESWL 的患者时，成功率更高 [34]。尽管在实践中这些列线图可能很复杂和令人困惑 [4, 5]，但最近 Tran 等人报道了一种新颖而简单的列线图，称为“三重 D 评分系统”。使用计算机断层扫描成像，Triple D 描述了三个参数：结石密度、结石体积 (SV) 和皮肤到结石的距离 (SSD)。作者得出结论，该评分系统可以通过指示适合治疗的患者来提高 ESWL 的成功率。Triple D 分数将 ESWL 成功的三个强大预测因素整合为一个分数，其中 0、1、2 和 3 的分数分别与 21.4%、41.3%、78.7% 和 96.1% 的成功率相关 [34] .由于缺乏外部验证和术后随访时间短，一些作者批评该系统，这可能低估了无结石率 [33]。奥兹戈尔等人完成了一项研究以外部验证三 D 分数。结论是，与 ESWL 失败的患者相比，ESWL 成功治疗的患者的 Triple D 评分显着更高（p < 0.001）。0、1、2 和 3 的三 D 评分分别与 41.7%、33.7%、69.4% 和 97% 的无结石率相关。多变量分析显示，Triple D 评分和结石位置是影响 ESWL 成功的独立因素 [33]。我们明白，由于样本量和研究的回顾性，我们无法得出强有力的结论。此外，根据我们的实践，我们在手术后 4 周评估了结果。因此，我们可以预期在 3 个月期间会有额外的碎片排出。这可能会导致高估我们的失败率。然而，我们的数据可用于识别可以从 ESWL 治疗中获得早期益处的患者，以便在选择合适的个性化治疗方法之前向患者提供客观信息。从我们的观点来看，单独采用的预测因素不能确定所有可能受益于 ESWL 的患者，并排除那些将产生不利结果的患者。应结合各种因素使用现代方法，包括结石位置、大小、皮肤-结石距离、BMI 和结石密度。输送功率和结石体积比可能是计算破碎宝石所需功率的有用工具。专门和经过验证的列线图可能有助于改善 ESWL 程序的患者选择，需要进一步调查。

Conclusions

更大的结石体积和结石表面积，以及在 ESWL 手术期间传递到结石体积单元的较低功率均可能有助于预测治疗失败。治疗失败最重要的预测因素是结石体积。我们认为，结石功率 (SMLI) 和结石体积比可能是 ESWL 程序规划的有用工具。该信息可以促进更好的程序规划和患者信息。

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