Het interpreteren van de densiteit van nierstenen met de HU-waarde: weet wat je meet

Patiënten met urolithiasis komen in de urologische praktijk veel voor. De keuze van behandeling van urinewegstenen wordt bepaald door verschillende factoren, waaronder de grootte en de locatie van de steen, en patiëntfactoren (denk aan onder andere de medische voorgeschiedenis en habitus). Ook de compositie en daarmee de te verwachten hardheid van de steen kan doorslaggevend zijn. Deze wordt ingeschat op basis van de densiteit in Hounsfield Units (HU) op een blanco CT-abdomen. In de huidige EAU-richtlijn staat dat bij stenen met een HU-waarde > 1.000 endo-urologische ingrepen, zoals ureterorenoscopie (URS) of percutane nefrolitholapaxie (PNL), overwogen moeten worden in plaats van extracorporele shock wave lithotrypsie (ESWL) [1]. Onderzoeken waarop deze aanbeveling gebaseerd is, dateren echter uit een tijd waarin inmiddels verouderde CT-technologie werd gebruikt [2, 3]. Daarmee rijst de vraag of de afkapwaarde van 1.000 HU nu nog representatief is. Daarnaast is er in zowel urologische als radiologische richtlijnen en in de literatuur geen consensus over de manier waarop de HU-waarde van een steen het best gemeten kan worden [4, 5].

De HU-waarde is een relatieve, kwantitatieve meting van densiteit, verkregen met behulp van de gemeten attenuatiecoëfficient door de CT-scanner. Deze wordt herleid uit de arbitraire afspraak dat bij een standaard temperatuur (0 °C) en druk (1 atmosfeer) de densiteit van lucht −1.000 HU is en van gedestilleerd water 0 HU voor alle CT-scanners [6]. De HU-waarde van een steen kan worden gemeten binnen een region of interest (ROI), waarbij geen afspraak is gemaakt over waar men deze ROI plaatst, wat de HU-meting kan beïnvloeden.

Daarnaast wordt de HU-waarde beïnvloed door de techniek die bij het vervaardigen van de CT-scan wordt gebruikt. Denk hierbij aan verschillende scanparameters, de gekozen reconstructietechniek en coupediktes [6]. In tegenstelling tot bij een CT-coronairen is er voor de densiteitsbepaling van een steen geen afspraak gemaakt over de instelling van de scanparameters [7]. De laatste jaren hebben de reconstructietechnieken een grote ontwikkeling doorgemaakt. Voorheen werden de ruwe, gemeten projectiedata met behulp van een filtered back projection (FBP) omgezet naar de beelddata. Tegenwoordig wordt gebruikgemaakt van iteratieve statische (hybride) of model-based reconstructietechnieken. Ook dit kan de HU-waarde op verschillende manieren beïnvloeden, waarschijnlijk doordat ruis wordt verminderd en de contrast-ruisverhouding verbetert [8]. Ten slotte wisselt het partial volume effect van de steen tussen ‘dunne coupes’ (bijvoorbeeld 0,9 mm) en de vaak in klinische setting gebruikte ‘dikke coupes’ (bijvoorbeeld 4 mm) [9]. De HU-waarde wordt bepaald binnen een voxel, waarbij alle waarden binnen bijvoorbeeld 4 mm worden gemiddeld. Hierdoor kan omliggend nier- of vetweefsel de HU-waarde in een ROI sterk verminderen.

Voor zover bekend is er geen literatuur over het effect van verschillende meetmethoden en CT-reconstructies op de gemeten HU-waarden bij urinewegstenen. Het doel van dit onderzoek is om twee factoren te onderzoeken die de HU-waarde kunnen beïnvloeden: 1) verschillende meetmethoden; 2) verschillende CT-reconstructies, zoals coupedikte en (modernere) CT-reconstructietechnieken.

De HU-waarde van het grootste aanwezige concrement werd op gestandaardiseerde wijze gemeten door een aios radiologie of aios urologie op blanco CT-scans (iDose 4 mm, IMR 0,9 mm en indien beschikbaar iDose 0,9 mm) in wekedelensetting (Window level 40, Window width 450), gereconstrueerd met soft tissue kernel. Optisch werd de coupe gekozen waarin het concrement op de axiale doorsnede het grootst was. De HU op dezelfde axiale doorsnede werd op drie verschillende manieren gemeten door de plaats van de ROI (fig. 1) te variëren:

De maximale HU-waarde en de gemiddelde HU-waarde (met standaarddeviatie) van het concrement werden per patiënt genoteerd. Van de centrale en perifere metingen (C1, P1 en P2) van de eerste meetmethode werd tevens het gemiddelde berekend (M1). Per meetmethode werd het gemiddelde van de gemeten maximale HU-waarde van de gehele populatie vergeleken tussen iDose 4 mm versus IMR 0,9 mm en iDose 0,9 mm versus IMR 0,9 mm. Hiervan werden absolute en relatieve verschillen berekend en op significantie getoetst met een ongepaarde Student-T-toets.

In overeenstemming met de ethische richtlijnen werd niet van elke deelnemer afzonderlijk informed consent verkregen vanwege de retrospectieve opzet van het onderzoek en het aantal patiënten. Voor deze aanpak werd vooraf goedkeuring verkregen van de lokale ethische commissie van het Rijnstate ziekenhuis. Deze beslissing werd genomen op basis van hun beoordeling van de onderzoeksopzet, de doelstellingen en de potentiële risico’s van het onderzoek voor de deelnemers, waarbij de naleving van ethische principes en de gedragscode wetenschappelijke integriteit werd gewaarborgd.

In totaal werden bij 107 patiënten de HU-waarden van de steen gemeten. Van deze patiënten hebben er vijftien een PNL gehad, de rest had een URS (semirigide of flexibel). De gemiddelde steendiameter was 8,9 mm (spreiding 3–21 mm). Naast de iDose 4 mm- en IMR 0,9 mm-data waren bij twintig patiënten ook iDose 0,9 mm-reconstructies beschikbaar.

De verschillen in HU-waarde tussen de uiteenlopende meetmethoden worden weergegeven in staafdiagrammen. Het verschil in maximale HU-waarde is minimaal tussen methoden M2 en M3, maar groter ten opzichte van methoden C1, P1 en P2 (fig. 2). De maximale HU-waarde is bij methode M3 voor elke patiënt hoger dan de maximale HU-waarde van de andere meetmethoden. De maximale hardheid van de steen op basis van de HU-waarde wordt dus altijd gemeten met methode M3. De gemiddelde HU-waarde tussen de verschillende meetmethoden verschilt voornamelijk tussen methode M3 en de overige meetmethoden (fig. 3).

De verschillen in HU-waarde tussen de verschillende reconstructies worden getoond in de tabellen. De maximale HU-waarde was bij alle metingen op de IMR 0,9 mm significant hoger dan op de iDose 4 mm. Het absolute verschil varieerde tussen de 136 en 204 HU, afhankelijk van de meetmethode. Relatieve verschillen lagen tussen de 18 en 22 % (tab. 1). Als we alleen de HU-waarden tussen de iDose 0,9 mm en de IMR 0,9 mm vergelijken, is de maximale HU-waarde op de iDose juist hoger dan die op de IMR, met een absoluut verschil variërend tussen 90 en 116 HU, afhankelijk van de meetmethode. Relatieve verschillen lagen tussen de 8 en 12 %. Deze verschillen zijn echter niet significant (tab. 2). In totaal was bij vijftien patiënten (14 %) de HU-waarde op de iDose 4 mm < 1.000 HU, terwijl die op de IMR 0,9 mm > 1.000 HU was.

In dit onderzoek zijn metingen van HU-waarden bij urolithiasis vergeleken aan de hand van blanco CT-scans met verschillende ROI’s, reconstructietechnieken en coupedikten. De iDose-variant van Philips is in dit geval de ‘oudere CT-reconstructietechniek’. IMR is de modernere CT-reconstructietechniek van Philips (rond 2014 geïntroduceerd), die over het algemeen een betere beeldkwaliteit met minder ruis geeft. Beide technieken worden nog veel toegepast.

De huidige aanbeveling in de EAU-richtlijn om bij een steen > 1.000 HU endo-urologische ingrepen te overwegen is gebaseerd op een onderzoek van El Nahas et al. uit 2007 [2]. In dit onderzoek is gebruikgemaakt van een multislice-CT-scanner, maar type en gebruikt reconstructie-algoritme zijn ons niet bekend. Vermoedelijk is hier de FBP-techniek gebruikt of mogelijk een vroege hybride iteratieve methode. Gezien de verschillen in HU-waarden die in ons huidige onderzoek al worden gesignaleerd tussen twee vormen van iteratieve reconstructie, is de verwachting dat HU-waarden destijds anders uitvielen dan nu met de huidige technieken, onder andere doordat er bij de oudere technieken meer ruis is. Het valt dus te betwijfelen of de afkapwaarde van 1.000 HU die nog altijd wordt gehanteerd, nog representatief is bij de nieuwe scantechnieken.

Het grootste en significante verschil vonden wij tussen de HU-waarde op de iDose 4 mm en die op de IMR 0,9 mm, maar dit is waarschijnlijk voor een groot deel afhankelijk van de coupedikte. Zoals eerder beschreven zal bij een grotere coupedikte de HU-waarde binnen het gemeten voxel lager kunnen uitpakken door het partial volume effect. Onze subanalyse laat ook zien dat de verschillen tussen de reconstructietechnieken een stuk kleiner (en niet meer significant) zijn wanneer dezelfde coupedikte van 0,9 mm wordt gebruikt. Hierbij valt de HU-waarde bij de IMR zelfs lager uit dan die van de iDose. Dit is waarschijnlijk te verklaren doordat bij de IMR minder ruis en met name minder streaking-artefacten aanwezig zijn, die de HU-waarde meestal verhogen.

Deze bevindingen wijzen erop dat het belangrijk is om onderling af te spreken op welke manier, op welke reconstructie en op welke coupedikte de HU-waarde wordt gemeten. In onze populatie was de HU-waarde bij 14 % van de patiënten gemeten op de iDose 4 mm onder de afkapwaarde van 1.000 HU en op de IMR 0,9 mm > 1.000 HU. Hierdoor kan de behandelbeslissing (ESWL of PNL/URS) sterk worden beïnvloed.

Er is in de literatuur geen consensus over wat de optimale meetmethode voor de HU-waarde van stenen is. Bij onderzoeken die gebruikmaken van HU-metingen wordt geregeld gewerkt met de ROI binnen de steen in de grootste diameter in het axiale vlak. El Nahas et al. nemen het gemiddelde van de gemiddelde HU van een ROI op drie doorsnedeniveaus in het axiale vlak [2]. Lee et al. introduceren naast de mean stone density ook de stone heterogenity index als extra factor als voorspeller van een succesvolle ESWL bij stenen [3]. Desgevraagd bleken zelfs de secties radiologie en urologie van ons eigen ziekenhuis verschillende meetmethoden toe te passen.

Wij hebben vijf gebruikte meetmethoden laten zien die grote verschillen vertonen in de gemeten maximale en gemiddelde HU-waarde. De gemiddelde HU-waarde ligt lager bij methoden P1, P2 en M3. Dit is begrijpelijk, omdat hierbij in de berekening makkelijk zachter weefsel, zoals perirenaal vet, met een lagere HU-waarde buiten het concrement wordt meegenomen. De maximale HU-waarde wordt altijd bereikt met M3, wat logisch is aangezien de cirkel om het gehele concrement staat.

Het is vooralsnog de vraag welke meetmethode klinisch het meest relevant is. Een grotere steen kan namelijk bestaan uit een harde kern van bijvoorbeeld 3 mm met een hoge HU-waarde, maar voor de rest uit ‘zachter’ materiaal. In dat geval is de maximale HU-waarde niet representatief voor de behandeling, aangezien een groot deel van de steen wel met ESWL kan worden behandeld, waarna het resterende gedeelte spontaan kan worden geloosd. Idealiter zou een 3D-meting het volume van het concrement met een te hoge densiteit voor ESWL kunnen bepalen, waarop de behandeling kan worden aangepast. Mogelijk zou software deze metingen op basis van artificiële intelligentie (semi-)automatisch kunnen genereren.

Totdat (semi-)automatische metingen mogelijk zijn, kan de HU-waarde onzes inziens het beste worden gemeten op de dunste coupes met methode M2. Op de dunste coupes wordt het partial volume effect geminimaliseerd, waardoor de densiteit dichter bij de werkelijke hardheid van het concrement zal liggen. Daarnaast geeft methode M2 de nauwkeurigste benadering van de gemiddelde HU-waarde binnen het concrement, omdat bij de andere methoden ook weefsel buiten het concrement wordt meegenomen. In enkele gevallen geeft methode M3 een beperkt hogere maximale HU-waarde dan methode M2, wat waarschijnlijk niet klinisch relevant is. Aangezien er nog geen onderzoek is dat de gemeten HU-waarde op de modernere CT-reconstructietechniek heeft gecorreleerd met klinische uitkomsten, zouden we op dit moment de metingen uitvoeren op de ‘oudere’ CT-reconstructietechniek conform de onderzoeken waarop de huidige richtlijn is gebaseerd.