Können wir Nierensteine besser unterscheiden? Ein neues Werkzeug für die Diagnose

Nierensteine sind ein weltweites Gesundheitsproblem. Sie verursachen nicht nur Schmerzen, sondern auch hohe Kosten für das Gesundheitssystem. Die genaue Bestimmung der Steinzusammensetzung ist entscheidend, um die richtige Behandlung zu finden. Bisherige Methoden, wie die Infrarotspektroskopie, erfordern jedoch die Entnahme von Steinen durch eine Operation. Eine Alternative ist die Dual-Energy-Computertomographie (DECT). Sie kann ohne Eingriff die Zusammensetzung der Steine vorhersagen. Doch bei der Unterscheidung von Harnsäuresteinen und Ammoniumuratsteinen stößt DECT an ihre Grenzen. Warum ist das so? Und wie kann ein neues Verfahren, die Radiomik, helfen?

Die Grenzen von DECT bei der Diagnose von Ammoniumuratsteinen

DECT nutzt die unterschiedliche Absorption von Röntgenstrahlen bei zwei Energieleveln, um die Zusammensetzung von Steinen zu bestimmen. Harnsäuresteine bestehen aus leichten Elementen wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff. Sie zeigen geringere Unterschiede in der Absorption im Vergleich zu kalziumbasierten Steinen. Ammoniumuratsteine enthalten jedoch die gleichen Elemente wie Harnsäuresteine. Das macht es für DECT schwer, sie zu unterscheiden.

In einer Studie wurden 178 Patienten mit Nierensteinen untersucht. DECT konnte Harnsäuresteine von kalziumbasierten Steinen mit einer Genauigkeit von 97,5% unterscheiden. Doch bei der Unterscheidung von Harnsäure- und Ammoniumuratsteinen sank die Genauigkeit auf 90,4%. 62% der Ammoniumuratsteine wurden fälschlicherweise als Harnsäuresteine eingestuft. Dies zeigt die Schwäche von DECT in diesem Bereich.

Die Entwicklung eines Radiomik-Modells

Patienten und Daten

In einer multizentrischen Studie wurden 242 Patienten aus zwei Kliniken untersucht. Die Daten wurden in drei Gruppen unterteilt:

• Trainingsgruppe: 93 Patienten (Februar 2013–Dezember 2019).
• Interne Validierung: 40 Patienten (Februar 2013–Dezember 2019).
• Externe Validierung: 109 Patienten (Juli 2016–Oktober 2022).

Alle Patienten hatten eine CT-Untersuchung ohne Kontrastmittel und eine Urinanalyse. Die Zusammensetzung der Steine wurde nach der Entfernung durch Infrarotspektroskopie bestimmt.

Merkmalsextraktion und Auswahl

Die CT-Bilder wurden mit einer Software analysiert, um die Steine zu segmentieren. Insgesamt wurden 1.223 Merkmale extrahiert, darunter Form, Textur und Intensität der Steine. Ein Algorithmus wählte 14 Merkmale aus, die am besten zur Unterscheidung der Steine geeignet waren.

Modellbildung und Validierung

Das Radiomik-Modell kombinierte die ausgewählten Merkmale mit klinischen Daten wie Urin-pH und der Anzahl der weißen Blutkörperchen. Das Modell zeigte eine hohe Genauigkeit:

• Trainingsgruppe: AUC = 0,944.
• Interne Validierung: AUC = 0,895.
• Externe Validierung: AUC = 0,870.

Das Modell wurde in einem Nomogramm dargestellt, das Ärzten bei der Diagnose helfen kann.

Klinische Bedeutung

Warum ist die Unterscheidung wichtig?

Harnsäuresteine bilden sich in saurem Urin (pH < 5,5) und können durch Alkalisierung aufgelöst werden. Ammoniumuratsteine entstehen in leicht alkalischem Urin (pH ≈ 6,3) aufgrund von Infektionen. Eine falsche Diagnose kann zu einer falschen Behandlung führen. Harnsäuresteine benötigen eine Alkalisierung, während Ammoniumuratsteine Antibiotika und eine vollständige Entfernung erfordern.

Radiomik als Ergänzung

Das Radiomik-Modell nutzt Texturmerkmale der CT-Bilder, um die Mikrostruktur der Steine zu analysieren. Zum Beispiel half das Merkmal wavelet-HHH_glszm_ZoneEntropy, das die Heterogenität der Steine beschreibt, bei der Unterscheidung.

Validierung und Anwendbarkeit

Das Modell wurde in einer externen Klinik erfolgreich getestet. Es zeigte eine hohe Genauigkeit und konnte die Grenzen von DECT überwinden.

Einschränkungen und zukünftige Forschung

1. Retrospektive Studie: Zukünftige Studien sollten prospektiv durchgeführt werden.
2. CT-Typ: Das Modell wurde mit CT ohne Kontrastmittel entwickelt. Die Anwendung mit DECT muss noch untersucht werden.
3. Geografische Verallgemeinerung: Weitere Studien in verschiedenen Regionen sind nötig.
4. Andere Steinarten: Das Modell sollte auch seltene Steinarten wie Cystin oder Struvit einschließen.

Fazit

Die Studie zeigt, dass DECT Schwierigkeiten hat, Ammoniumuratsteine von Harnsäuresteinen zu unterscheiden. Das neue Radiomik-Modell kombiniert CT-Merkmale mit klinischen Daten und erreicht eine hohe Genauigkeit. Es bietet eine nicht-invasive und kostengünstige Methode, um die richtige Behandlung zu finden. Dies ist besonders in Regionen mit vielen Ammoniumuratsteinen wichtig.

doi.org/10.1097/CM9.0000000000002866
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