Tổng quan về giá trị của chụp cắt lớp vi tính năng lượng kép (DECT) trong đánh giá sỏi thận

1. Đặt vấn đề

Sỏi thận là bệnh lý phổ biến với xu hướng ngày càng gia tăng do thay đổi lối sống và chế độ ăn, tỷ lệ mắc mới khoảng 100-300/100,000 người/năm, tỷ lệ tái phát xảy ra ở khoảng 50-70% trong tất cả các ca [1].

Việc xác định thành phần hóa học của sỏi là yếu tố quyết định trong chiến lược điều trị:

• Sỏi uric acid có thể tan bằng điều trị nội khoa (kiềm hóa niệu).
• Sỏi calcium oxalate monohydrate và brushite rất cứng, đáp ứng kém với ESWL.
• Sỏi struvite liên quan nhiễm trùng và cần điều trị loại bỏ hoàn toàn.

Trước đây, thành phần sỏi chỉ có thể xác định sau khi lấy sỏi hoặc phân tích hóa học sau tán sỏi. Sự ra đời của DECT đã thay đổi đáng kể thực hành lâm sàng, cho phép phân tích thành phần sỏi ngay cả khi chưa can thiệp, góp phần điều trị cá thể hóa.

2. Sơ lược nguyên lý vật lý của Dual-Energy CT

Mức độ hấp thụ tia X theo số nguyên tử hiệu dụng của vật chất (Z) bị ảnh hưởng bởi năng lượng của chùm tia, chủ yếu thông qua hai cơ chế tương tác chính: Hiệu ứng quang điện (Photoelectric Effect) và tán xạ Compton (Compton Scattering).

Tại mức năng lượng thấp (thường dưới 60 keV): hiệu ứng quang điện là cơ chế tương tác chủ yếu, các chất có số Z cao thì có mức hấp thụ năng lượng cao, trong khi các chất có số Z thấp thì ít phụ thuộc. Do vậy, ở mức năng lượng thấp, sự khác biệt về mức độ hấp thụ giữa các chất có Z cao và Z thấp là rất lớn, tạo ra sự tương phản hình ảnh lớn.

Tại mức năng lượng cao (thường trên 60keV): tán xạ Compton trở thành cơ chế tương tác chủ yếu, mà tán xạ Compton gần như không phụ thuộc vào Z, nó chủ yếu phụ thuộc vào mật độ electron. Do đó, ở mức năng lượng cao, sự khác biệt về mức độ hấp thụ giữa các chất có Z cao và Z thấp giảm đi đáng kể (tuy chất có Z cao vẫn hấp thụ nhiều hơn chất có Z thấp, nhưng sự khác biệt không còn lớn như ở mức năng lượng thấp). Tức là, khi chụp CLVT ở mức năng lượng cao, các chất có Z cao hấp thụ tia X thấp hơn khi so với ở mức năng lượng thấp, khả năng xuyên thấu của tia X khi đó tăng lên, làm giảm độ tương phản hình ảnh.

Tóm lại, các chất có Z cao (như canxi trong xương, iod trong thuốc cản quang) luôn hấp thụ tia X nhiều hơn các chất có Z thấp (như mô mềm) khi ở mức năng lượng thấp, nhưng mức độ hấp thụ này giảm nhanh khi năng lượng của chùm tia tăng lên. Tức là, các vật chất khác nhau sẽ có đường cong suy giảm khác nhau tại hai mức năng lượng cao và thấp. Đây chính là cách DECT phân biệt các vật chất khác nhau.

3. Các kỹ thuật thu nhận DECT hiện nay

CT hai nguồn năng lượng (Dual-source CT – DSCT): Hai ống tia và hai detector đặt lệch nhau 90°, thu đồng thời hai mức năng lượng độc lập.

Ưu điểm:

• Dòng điện và lọc tia có thể được tối ưu độc lập cho từng mức điện áp.
• Mức chồng lấp phổ năng lượng thấp, giúp cải thiện tỷ lệ tương phản/nhiễu (CNR) trong hình ảnh đặc hiệu vật chất.
• Hiệu chỉnh nhiễu cứng tia (beam-hardening) được thực hiện trước khi tái tạo ảnh, cho phép tạo ảnh đặc hiệu vật chất ngay trong miền không gian ảnh.

Nhược điểm:

• Cần phần cứng chuyên dụng.
• Có độ lệch pha 90° giữa dữ liệu năng lượng thấp và cao.
• Khi dùng đồng thời hai nguồn tia X, tia tán xạ từ nguồn này có thể được ghi nhận bởi đầu dò của nguồn kia, vì thế cần hiệu chỉnh tán xạ chuyên biệt.

CT một nguồn chuyển đổi nhanh hai mức năng lượng (Rapid kVp-switching CT): Một bóng phát tia X thay đổi liên tục giữa năng lượng cao và thấp trong thời gian rất ngắn.

Ưu điểm:

• Thu nhận gần như đồng thời dữ liệu năng lượng thấp và cao.
• Cho phép triển khai thuật toán phân tách vật chất trên dữ liệu chiếu hoặc hình ảnh tái tạo.
• Giảm nhiễu cứng tia (beam-hardening artifacts) trong hình ảnh đơn năng lượng ảo (virtual monoenergetic images).

Nhược điểm:

• Cần phần cứng chuyên dụng.
• Mức độ chồng lấp phổ năng lượng còn tương đối cao.

CT một nguồn với hai lớp detector (Dual-layer spectral detector CT): Một bóng phát tia duy nhất, detector hai lớp tách photon năng lượng cao và thấp.

Ưu điểm:

• Thu nhận đồng thời dữ liệu năng lượng thấp và cao.
• Toàn bộ dữ liệu hình ảnh được thu nhận theo cách hỗ trợ tạo ảnh đặc hiệu theo vật chất.

Nhược điểm:

• Cần phần cứng chuyên dụng.
• Chồng lấp phổ năng lượng tương đối cao.
• Mức nhiễu ảnh có thể khác nhau giữa ảnh năng lượng thấp và năng lượng cao.

CT Photon – counting detectors: Đây là kỹ thuật mới và chưa được phổ biến trên thị trường. Một số ưu điểm tiềm năng, bao gồm cải thiện sự phân tách phổ và tăng hiệu quả liều (increased dose efficiency) đang thúc đẩy nghiên cứu và phát triển đáng kể trong lĩnh vực này. Đặc biệt, các đầu dò đếm photon có hiệu suất hình học cao hơn so với các đầu dò tích hợp năng lượng (khoảng 30%), và việc áp dụng ngưỡng năng lượng cho phép loại bỏ các lần đếm chỉ do nhiễu điện tử được đo lường (measured electronic noise). Công nghệ đầu dò này cũng cung cấp khả năng thực hiện hình ảnh K-edge.

Hình 1: Hình minh họa các kỹ thuật chụp CT hai mức năng lượng: (A) Một nguồn chuyển đổi năng lượng nhanh, (B) Hai nguồn phát tia X, (C) Một nguồn với hai lớp detector.[2]

4. Các kỹ thuật hậu xử lý và thuật toán phân tích sỏi

Dựa vào so sánh mật độ sỏi ở mức năng lượng thấp và cao

Với phương pháp này, ta đo tỷ trọng trung bình của viên sỏi ở mức năng lượng thấp (80kVp), sau đó so sánh với mức năng lượng cao (140kVp). Về kỹ thuật, có thể do ở bất kỳ mặt phẳng nào (axial, sagittal hoặc coronal), diện tích ROI đo đặt dưới 50% diện tích của viên sỏi.

Theo một số nghiên cứu như của Hidas năm 2010, Dawoud năm 2017 đánh giá thành phần sỏi trên DECT có so sánh với phân tích tinh thể học sỏi thì có thể phân biệt được 3 loại sỏi là sỏi canxi, sỏi axít uric và sỏi cystine với độ chính xác khoảng 82.5%, cụ thể: sỏi axit uric có tỷ trọng khoảng 325-550 HU ở mức năng lượng thấp, khoảng 300-550 HU ở mức năng lượng cao. Sỏi cystine có tỷ trọng khoảng 1000-1800 HU ở mức năng lượng thấp, khoảng 900 – 1500 HU ở mức năng lượng cao. Sỏi can xi có tỷ trọng 650-1900 HU ở mức năng lượng thấp, khoảng 450 – 1350 HU ở mức năng lượng cao.

Tỷ lệ HU ở mức năng lượng thấp/ cao nếu < 1.1, gợi ý sỏi axit uric, từ 1.1-1.24 gợi ý sỏi cystine, từ 1.25-2.4 gợi ý sỏi canxi [3].

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm như:

• Sỏi nhỏ hơn 3mm
• Bệnh nhân béo phì (nhất là người có BMI >40kg/m2) có thể có nhiễu ảnh dẫn tới phân định nhầm sỏi không phải axit uric thành sỏi axit uric.
• Không phân biệt được sỏi canxi oxalate với sỏi canxi phosphat, không phân biệt được giữa sỏi struvite với sỏi canxi vì chúng có tỷ lệ suy giảm năng lượng trùng với tỷ lệ suy giảm của canxi,
• Không xác định được thành phần sỏi hỗn hợp (đặc biệt sỏi kết hợp giữa axit uric với hydroxy apatite).

Dựa vào phân tách cặp vật chất:

Dữ liệu thu được khi chụp CLVT hai mức năng lượng sẽ được xử lý với phân tách cặp vật chất, trong xác định thành phần sỏi thận thường sử dụng cặp vật chất canxi và nước, canxi và axit uric, tạo ra các ảnh đơn sắc với thông tin xóa canxi hoặc xóa axit uric. Với phương pháp này có thể phân biệt được sỏi axit uric và sỏi không phải axit uric. Sỏi axit uric sẽ quan sát rõ trên ảnh xóa canxi, không thấy phủ màu trên ảnh mã hóa màu canxi, và không còn quan sát rõ trên ảnh xóa axit uric. Còn với sỏi không phải axit uric thì ngược lại, quan sát không rõ trên ảnh xóa canxi, có phủ màu trên ảnh màu canxi, quan sát rõ trên ảnh xóa axit uric.

Theo nghiên cứu của Kulkarni, phương pháp này dùng để phân biệt sỏi axit uric với sỏi không phải axit uric có độ nhạy và độ chính xác đều là 100% [4].

Hình 2: ca 1. (a) ảnh gốc cho thấy sỏi ở vị trí đài giữa thận phải, (b) tái tạo bản đồ màu canxi, có màu canxi ở vị trí sỏi, (c) ảnh xóa axit uric thấy rõ hình sỏi, (d) ảnh xóa canxi thấy mờ hình sỏi, chứng tỏ thành phần sỏi có canxi [5]
Hình 3: ca 2. (a) ảnh gốc cho thấy sỏi ở vị trí chỗ nối bể thận – niệu quản trái, (b) tái tạo bản đồ màu canxi, không thấy phủ màu canxi ở sỏi, (c) ảnh xóa canxi thấy còn tồn tại sỏi, (d) ảnh xóa axit uric thấy mất hình sỏi, chứng tỏ thành phần sỏi là axit uric [5].

Dựa vào xác định số nguyên tử hiệu dụng (số Z) của vật chất.

Phân loại sỏi dựa vào số nguyên tử hiệu dụng (Z): do mỗi loại sỏi có những thành phần hóa học với nguyên tử hiệu dụng khác nhau, từ đó ta có thể suy ra thành phần hóa học của sỏi nhờ xác định Z. Để xác định được Z thì ta đo bằng cách đặt ROI vào viên sỏi ở mặt cắt axial với diện tích tối đa, nên lặp lại và tính trung bình để giảm thiểu sai số. Chỉ những viên sỏi có kích thước từ 5mm trở lên mới đo để giảm thiểu sai số do lấy trung bình thể tích từng phần. Với Z thu được, nếu < 7.8 có thể hướng tới thành phần sỏi là axit uric, từ 9.2 – 10 thì hướng tới struvite, còn >10 thì thành phần sỏi là cystine hoặc canxi.

Hình 4: (ca 1). Hình phải: ảnh gốc với ROI đo số nguyên tử hiệu dụng Z. Hình trái: ảnh phổ cho thấy Z trung bình của sỏi có giá trị từ 12 – 15 chỉ ra rằng thành phần của sỏi có canxi [5]

Hình 5: (ca 2): Hình phải: ảnh gốc với ROI đo số nguyên tử hiệu dụng Z. Hình trái: ảnh phổ cho thấy Z trung bình của sỏi có giá trị từ 6.9 – 9 chỉ ra rằng thành phần của sỏi có axit uric [5]

Hình 6: Sỏi hỗn hợp với thành phần canxi ở trung tâm và axit uric ở ngoại vi ở bệnh nhân có sond JJ (mũi tên đậm). Ảnh (a) cho thấy sỏi nằm cạnh sond JJ, bên (b) chỉ thấy phổ màu canxi ở trung tâm, bênh (c) xóa axit uric thấy còn hiện phần sỏi ở trung tâm, ảnh (d) xóa canxi thấy hiện phần sỏi ở ngoại vi. Hình phân tích phổ cho thấy ở phần trung tâm có số Z từ 5.5 – 7.8, phần ngoại vi có Z từ 9.0 – 11 [5].

Theo Kriegshauser, so sánh với phương pháp quang phổ hồng ngoại để xác định thành phần sỏi thận, DECT có độ chính xác là 100% khi phân biệt sỏi axic uric với không phải axit uric, và độ chính xác 75% trong phân biệt các loại sỏi COM, struvit và cystine [6].

Sơ đồ hướng dẫn xác định thành phần sỏi thận bằng kỹ thuật phân tách cặp vật chất và số Z [4]

5. Ý nghĩa của DECT trong đánh giá sỏi thận

• Xác định sỏi axit uric là giá trị lớn nhất của DECT, giúp dự báo khả năng tan sỏi bằng thuốc (kiềm hóa nước tiểu, giảm axit uric), tránh phải can thiệp không cần thiết (như ESWL, tán sỏi nội soi,…).
• Dự đoán khả năng đáp ứng với ESWL: với sỏi có độ cứng càng cao thì đáp ứng càng kém với ESWL. Các sỏi có độ cứng cao như COM, brushite, cystine nên hạn chế tán sỏi ngoài cơ thể, nếu phải tán thì có thể phải tán nhiều lần, tốt hơn nên chọn phương pháp khác như tán sỏi qua da, hoặc tán sỏi nội soi,…
• DECT giúp phân biệt mảnh vụn sỏi canxi còn lại với chất cản quang sau tán sỏi.
• Giúp đánh giá sỏi tái phát cùng loại hay khác loại.
• Xác định được thành phần sỏi thận giúp hỗ trợ dự phòng tái phát: với sỏi axit uric thì kiểm soát pH nước tiểu, giảm axit uric máu, với sỏi struvite thì điều trị nhiễm trùng, với sỏi brushite thì kiểm tra rối loạn chuyển hóa canxi – phosphat.

6. Lợi ích và hạn chế của DECT [2], [7]

Lợi ích

• Đây là phương pháp xác định thành phần sỏi không xâm lấn, phân tích được cả sỏi chưa lấy ra
• Phân biệt sỏi uric acid rất chính xác
• Ảnh hưởng trực tiếp đến điều trị
• Giảm nhu cầu ESWL không hiệu quả.
• Xác định được sỏi bám sond JJ hoặc sỏi ở bệnh nhân có kim loại gây nhiễu mà CT thường quy khó phát hiện sỏi.

Hạn chế

• Sỏi nhỏ < 3mm → giảm độ chính xác
• Phân loại tốt giữa sỏi acid uric với không phải acid uric, nhưng với sỏi hỗn hợp, hay giữa các loại sỏi canxi, cystine, xanthine thì khó phân loại tuyệt đối.
• Nhiễu cao ở bệnh nhân BMI lớn.
• Cần kỹ thuật viên và bác sĩ quen với hậu xử lý.
• Có thể bị ảnh hưởng bởi thuốc cản quang, cho nên không phân tích sỏi ở trên ảnh tiêm thuốc cản quang.

7. Khi nào nên chỉ định DECT để đánh giá thành phần sỏi [7]

• Bệnh nhân có sỏi mới phát hiện cần lập kế hoạch điều trị.
• Đánh giá khả năng đáp ứng với ESWL.
• Bệnh nhân nghi sỏi uric acid.
• Tái phát nhiều lần hoặc nghi rối loạn chuyển hóa.
• Theo dõi sau can thiệp sỏi.

8. Kết luận

Dual-energy CT là phương tiện mang tính cách mạng trong đánh giá sỏi thận, đặc biệt nhờ khả năng phân tích thành phần hóa học của sỏi không xâm lấn và đáng tin cậy. Công nghệ này giúp cải thiện lựa chọn điều trị, tránh can thiệp không cần thiết, dự đoán hiệu quả ESWL và hoạch định chiến lược điều trị cá thể hóa. Việc áp dụng DECT ngày càng rộng rãi tại Việt Nam sẽ góp phần nâng cao chất lượng chẩn đoán và điều trị bệnh sỏi thận.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. A. Saita, A. Bonaccorsi, and M. Motta, “Stone composition: where do we stand?,” Urol Int, vol. 79 Suppl 1, pp. 16–19, 2007, doi: 10.1159/000104436.
2. “Dual- and Multi-Energy CT: Principles, Technical Approaches, and Clinical Applications | Radiology.” Accessed: Dec. 06, 2025. [Online]. Available: https://pubs.rsna.org/doi/full/10.1148/radiol.2015142631
3. M. M. Dawoud, K. A. A. W. A. Dewan, S. A. Zaki, and M. A. A.-R. Sabae, “Role of dual energy computed tomography in management of different renal stones,” The Egyptian Journal of Radiology and Nuclear Medicine, vol. 48, no. 3, pp. 717–727, Sept. 2017, doi: 10.1016/j.ejrnm.2017.03.020.
4. N. M. Kulkarni, B. H. Eisner, D. F. Pinho, M. C. Joshi, A. R. Kambadakone, and D. V. Sahani, “Determination of renal stone composition in phantom and patients using single-source dual-energy computed tomography,” J Comput Assist Tomogr, vol. 37, no. 1, pp. 37–45, 2013, doi: 10.1097/RCT.0b013e3182720f66.
5. E. S. Vasilyeva, M. Vadimirsky, E. A. Mershina, and V. Sinitsyn, “Dual Energy CT (DECT) for determination of renal stones composition before extracorporeal shock-wave lithotripsy (ESWL),” ECR 2011  EPOS. Accessed: Dec. 04, 2025. [Online]. Available: https://epos.myesr.org/poster/esr/ecr2011/C-2039
6. J. S. Kriegshauser et al., “Rapid kV-switching single-source dual-energy CT ex vivo renal calculi characterization using a multiparametric approach: refining parameters on an expanded dataset,” Abdom Radiol (NY), vol. 43, no. 6, pp. 1439–1445, June 2018, doi: 10.1007/s00261-017-1331-0.
7. A. Graser et al., “Dual energy CT characterization of urinary calculi: initial in vitro and clinical experience,” Invest Radiol, vol. 43, no. 2, pp. 112–119, Feb. 2008, doi: 10.1097/RLI.0b013e318157a144.

Tác giả: BS Hoàng Văn Làn Đức – Khoa Chẩn đoán hình ảnh – Bệnh viện Vinmec Times City

0