腎部分切除術(shù)前CT三維可視化評估標(biāo)準(zhǔn)的初步探究

李新飛，彭意吉，余霄騰，熊盛煒，程嗣達，丁光璞，楊昆霖，唐 琦△，米 悅，吳靜云，張 鵬，謝家馨，郝 瀚，王 鶴，邱建星，楊 建，李學(xué)松△，周利群

(1.北京大學(xué)第一醫(yī)院泌尿外科，北京大學(xué)泌尿外科研究所，國家泌尿、男性生殖系腫瘤研究中心，北京 100034；2.應(yīng)急總醫(yī)院泌尿外科，北京 100028；3.北京大學(xué)第一醫(yī)院影像科，北京 100034；4.北京理工大學(xué)光電學(xué)院，北京市混合現(xiàn)實與新型顯示工程技術(shù)研究中心，北京 100081)

腎癌是腎最常見的惡性腫瘤，約占成人惡性腫瘤的2%～4%[1-2]。T1期腎癌首選治療方法是腎部分切除術(shù)，這種手術(shù)方式能為患者帶來良好的腫瘤學(xué)預(yù)后，并且保留患腎功能。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展和成熟，腹腔鏡及機器人手術(shù)越來越受到廣大醫(yī)師和患者的青睞，但由于腎部分切除術(shù)的復(fù)雜性，圍手術(shù)期存在出血(1%～2%)或尿瘺(3%～5%)的風(fēng)險較高[3]，因此，術(shù)前詳盡地了解腎腫瘤及相關(guān)結(jié)構(gòu)的解剖信息至關(guān)重要，可以為手術(shù)規(guī)劃提供重要依據(jù)。目前，已有多種評分系統(tǒng)納入腎腫瘤的各種相關(guān)特征以預(yù)測手術(shù)的復(fù)雜性、圍手術(shù)期并發(fā)癥的風(fēng)險，包括RENAL評分、PADUA和C指數(shù)等[4-6]。盡管有大量文獻支持這些評分系統(tǒng)的臨床價值，但各研究之間使用現(xiàn)有的評分系統(tǒng)來預(yù)測腎部分切除術(shù)的臨床結(jié)局并不一致[7]，一個主要原因在于這些評分系統(tǒng)基于二維CT圖像[8]，需要在三個空間軸(軸位、冠狀位和矢狀位)上查看二維圖像，再通過復(fù)雜的認知還原腫瘤的實際情況。

三維可視化技術(shù)可以通過處理標(biāo)準(zhǔn)二維圖像來創(chuàng)建三維虛擬模型，借助這些三維可視化圖像，可以更精確地評估腫瘤位置、腫瘤特征以及腫瘤與血管和集合系統(tǒng)的關(guān)系，進而預(yù)計腎部分切除術(shù)的手術(shù)復(fù)雜性并指導(dǎo)術(shù)前規(guī)劃。但CT三維重建在當(dāng)前的臨床實踐中尚未常規(guī)使用[9]。為了在術(shù)前及術(shù)中更準(zhǔn)確、直觀地把握腎腫瘤、血供的解剖特點及毗鄰關(guān)系，本研究提出CT三維可視化腎腫瘤術(shù)前評分系統(tǒng)，并報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集自2011年12月至2019年12月北京大學(xué)第一醫(yī)院泌尿外科因腎腫瘤行腎部分切除術(shù)患者的臨床資料，包括年齡、性別、體重指數(shù)(body mass index，BMI)、腫瘤位置、腫瘤大小、術(shù)前血肌酐及腎小球濾過率(glomerular filtration rate，GFR)、手術(shù)時間、腎動脈阻斷時間、出血量、術(shù)后住院日、并發(fā)癥、術(shù)后血肌酐及GFR等，腎動脈阻斷時間超過30 min為阻斷時間延長。收集全國16個中心行腎部分切除術(shù)患者的臨床資料進一步驗證完善本評分系統(tǒng)細則。具體納入標(biāo)準(zhǔn)為：(1)因腎腫瘤行腎部分切除術(shù)；(2)接受泌尿系增強CT及CT三維重建檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)為：(1)無法完成腎部分切除術(shù)而行腎根治性切除者；(2)CT資料無法滿足重建標(biāo)準(zhǔn)；(3)患者拒絕手術(shù)或拒絕資料收集；(4)存在心、肺、肝功能不全失代償，有嚴(yán)重出血傾向的疾病或糖尿病血糖控制不穩(wěn)定等麻醉和手術(shù)禁忌證。

1.2 CT三維可視化評分系統(tǒng)

CT三維可視化評分系統(tǒng)各指標(biāo)均以北京大學(xué)泌尿外科研究所制定的《泌尿系疾病三維可視化技術(shù)流程規(guī)范》(附于文末)為基礎(chǔ)，以確保同質(zhì)化和一致性。為直觀、便捷地展示各組織結(jié)構(gòu)的特征及解剖關(guān)系，CT三維可視化圖像中采用特定的顏色代表相應(yīng)的組織器官，其中腎被渲染為紫色，腫瘤為橙色，集合系統(tǒng)為綠色，動脈為紅色，靜脈為藍色，脂肪為黃色，骨為白色，未定義結(jié)構(gòu)為粉色。

1.2.1CT三維重建標(biāo)準(zhǔn) CT原始數(shù)據(jù)要求為平掃+增強掃描，數(shù)據(jù)層厚0.625～1.500 mm。掃描全系列DICOM格式圖像數(shù)據(jù)，具體要求包括：(1)推薦64排及以上CT掃描，包含平掃+增強(腎皮髓質(zhì)期、腎實質(zhì)期及排泄期)掃描；(2)患者取仰臥位，頭足方向掃描，深吸氣后屏住呼吸，掃描矩陣512×512，機架旋轉(zhuǎn)速度0.50～0.75 s/圈，掃描條件120 kV、200～250 mA(建議采用管電流自動調(diào)制技術(shù))，掃描范圍為膈肌至恥骨聯(lián)合，對比劑采用碘造影劑(碘海醇，350 mg I/mL)，以3 mL/s速率注射；(3)掃描層厚1.0 mm、層間距1.0 mm，普通層厚2.5 mm、層間距2.5 mm，薄層標(biāo)準(zhǔn)層厚0.6 mm、層間距0.6 mm；(4)腎皮髓質(zhì)期延時時間為20～25 s，腎實質(zhì)期延時時間為60～70 s，腎排泄期延時時間為3～5 min，必要時排泄期可延長更長時間。

1.2.2CT三維重建指標(biāo) (1)腫瘤最長徑與體積(圖1)：三維圖像中腫瘤的最長徑線以及腫瘤的幾何體積；(2)腫瘤侵入腎實質(zhì)內(nèi)體積占比(圖2)：以腎實質(zhì)邊緣為界作假想平面，該平面切割腫瘤后位于腎實質(zhì)內(nèi)的部分占腫瘤總體積的百分比，用于量化腫瘤內(nèi)生外凸性質(zhì)；(3)腫瘤與腎實質(zhì)接觸面積(圖2)：利用三維可視化技術(shù)擬合腎腫瘤與腎實質(zhì)接觸平面并計算其面積，該面積直接反映腎部分切除術(shù)創(chuàng)面的大??；(4)腫瘤侵入實質(zhì)最大深度(圖3)：腎實質(zhì)內(nèi)腫瘤距腎實質(zhì)邊緣平面的最大垂直距離，用于評估腫瘤的浸潤深度；(5)腫瘤腎實質(zhì)接觸面平整度：擬合腫瘤與腎實質(zhì)接觸的曲面的同時，以標(biāo)準(zhǔn)平滑曲面作為參考，提供腫瘤是否有異常隆起等相關(guān)信息，可警示切除腎腫瘤時腫瘤邊界是否規(guī)則，避免切破腫瘤或?qū)φＤI實質(zhì)造成不必要的損傷，在完全切除腫瘤的同時盡可能多地保留腎實質(zhì)；(6)腫瘤所在腎臟分段(圖4)：分為上段、上前段、下前段、下段、后段，腫瘤所處位置決定手術(shù)入路、腫瘤切除及縫合的難易程度；(7)腎血管變異(圖5)：限時阻斷腎動脈或選擇性阻斷腎動脈是腎部分切除術(shù)的先決條件，腎動脈的變異以副腎動脈最為常見，術(shù)前識別變異的腎動脈可為術(shù)中完全阻斷動脈提供保障；(8)腎周脂肪(圖6)：測定腎周脂肪的體積和表面積，并根據(jù)CT值將腎周脂肪渲染為不同顏色，顏色越深提示脂肪黏性、硬度越大。

6A,the perirenal fat was rendered in different colors according to the CT value;6B,volume and superficial area of perirenal fat.圖1 腫瘤最長徑與體積圖2 腫瘤侵入腎實質(zhì)體積比與腫瘤接觸面積圖3 腫瘤侵入腎實質(zhì)最大深度圖4 腎臟分段圖5 腎臟血管變異圖6 腎周脂肪參數(shù)Figure 1 Tumor diameter and volumeFigure 2 Volume proportion of tumor invading into renal parenchyma and contact surface areaFigure 3 Maximum depth of tumor invading into renal parenchymaFigure 4 Renal segmentFigure 5 Variation of renal vascularFigure 6 Perirenal fat parameters

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

本中心共58例患者在腎部分切除術(shù)前行泌尿系CT三維重建，并接受術(shù)中導(dǎo)航(圖7)，包括男性34例，女性24例，平均年齡(54.4±10.2)歲，基本臨床資料見表1。所有患者均成功完成手術(shù)，無中轉(zhuǎn)開腹，圍手術(shù)期參數(shù)見表2。腫瘤平均二維直徑為(2.78±1.43) cm，平均三維最大徑為(3.09±1.35) cm，術(shù)后病理平均大小(3.01±1.38) cm。相比于二維圖像，三維重建所得腫瘤最大徑更接近病理大小，但三維重建腫瘤最大徑、二維CT腫瘤直徑及病理腫瘤大小間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P二維-病理=0.187；P三維-病理=0.585；P三維-二維=0.130)。三維重建腫瘤最大徑與術(shù)中腎動脈阻斷時間延長、術(shù)中出血量顯著相關(guān)(r=0.502，P=0.020；r=0.403，P=0.046)。三維重建及病理腫瘤體積大小分別為(25.7±48.4) cm3、(33.0±36.4) cm3(P=0.229)，三維重建腫瘤體積與術(shù)中出血量顯著相關(guān)(r=0.660，P<0.001)。腫瘤侵入腎實質(zhì)內(nèi)體積占比與術(shù)中腎動脈阻斷時間延長、術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生顯著相關(guān)(r=0.410，P=0.041；r=0.587，P=0.005)。腫瘤接觸面積及是否存在血管變異與圍手術(shù)期指標(biāo)及術(shù)后并發(fā)癥未見相關(guān)性。

A,three-dimension reconstruction result;B,show or hide organizations and adjust transparency;C,clamp the renal artery;D,expose the renal neoplasm;E,suture the renal parenchyma;F,rotate the image to the same position as the surgery.圖7 三維重建術(shù)中導(dǎo)航操作流程示意圖Figure 7 Operation flow diagram of three-dimension reconstruction in the intraoperative navigation

表1 患者臨床資料及CT三維重建數(shù)據(jù)Table 1 Clinical characteristics and tumor parameters in three-dimensional image

表2 腎部分切除術(shù)患者圍手術(shù)期資料Table 2 Perioperative data of patients undergoing partial nephrectomy

3 討論

CT三維可視化技術(shù)可直觀展現(xiàn)各組織間的空間解剖關(guān)系，自動測量靶組織相關(guān)參數(shù)，為精準(zhǔn)化手術(shù)提供幫助，在骨科和口腔科的應(yīng)用已較為成熟[10-11]，而軟組織因血供繁多、組織密度相近且空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較少見CT三維可視化技術(shù)應(yīng)用的報道。隨著影像技術(shù)的發(fā)展和圖像精度的提高，CT三維可視化通過更加優(yōu)化的算法，展示出更立體直觀的影像，跨過了醫(yī)師憑借自身經(jīng)驗對二維圖像進行抽象的立體重建和三維認識的過程，逐漸成為傳統(tǒng)影像學(xué)檢查的新的呈現(xiàn)方式。因此，提出三維可視化下的腎腫瘤腎部分切除術(shù)術(shù)前評分系統(tǒng)是十分必要的。

現(xiàn)有的評分系統(tǒng)中腫瘤最長徑是反映腫瘤最直觀的參數(shù)之一。傳統(tǒng)CT圖像中定義腫瘤最長徑的方法為任何平面(中軸位、矢狀位、冠狀位)中腫瘤的最大直徑，測量方法局限于二維圖像，腫瘤的實際情況仍需醫(yī)師憑借自身經(jīng)驗判斷。Porpiglia等[12]報道三維重建模型與傳統(tǒng)CT在測量腫瘤最長徑時無明顯差異，且一致性檢驗結(jié)果近乎一致。因此，本評分系統(tǒng)采用了三維圖像下的腫瘤最長徑，標(biāo)準(zhǔn)參考TNM分期。另一方面，腫瘤體積是反映腫瘤負荷的另一指標(biāo)，在三維技術(shù)下成為可測量參數(shù)，是對腫瘤最長徑的重要補充。雖然腫瘤最長徑和腫瘤體積可直觀反映腫瘤負荷，但腫瘤位于腎實質(zhì)外的部分無法為評估因腎部分切除術(shù)造成的腎體積缺損提供有效的參考，因此，本評分系統(tǒng)納入了侵入腎實質(zhì)腫瘤體積占腫瘤總體積百分比，將內(nèi)生性生長的程度進行量化，直觀展現(xiàn)腫瘤與腎實質(zhì)關(guān)系的密切程度。腫瘤的大小和生長方式還可影響腫瘤侵入實質(zhì)的深度。腫瘤浸潤深度直接影響腎部分切除的深度，已被證實是影響腎部分切除術(shù)實施及術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率的重要因素[13-14]，測定該指標(biāo)可幫助醫(yī)師把握腎部分切除的深度。此外，CT三維可視化可清晰顯示腫瘤所處位置，據(jù)此可決定手術(shù)入路、腫瘤切除及縫合的難易程度。

腫瘤與其周圍未受累的腎實質(zhì)的接觸面積是影響腎切除和縫合的重要因素。Leslie等[15]報道腫瘤接觸面積(contact surface area，CSA)是手術(shù)時間、術(shù)后并發(fā)癥、住院日和術(shù)后腎功能的獨立預(yù)測指標(biāo)，且與目前的評分系統(tǒng)相比，CSA在預(yù)測圍手術(shù)期事件時可能更準(zhǔn)確。已報道的CSA估算方法包括腫瘤總表面積與腎內(nèi)腫瘤體積百分比的乘積、2πrd(r為腫瘤半徑、d為浸潤深度)[16]，這些基于數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果顯示出CSA與圍手術(shù)期參數(shù)及術(shù)后腎功能的相關(guān)性，證明了CSA在腎部分切除術(shù)中的預(yù)測價值，更準(zhǔn)確的CSA評估方式還有待研究。Takagi等[17]報道了手動描繪結(jié)合自動計算CSA的方法，但該方法需花費大量時間精力。本研究推薦利用三維可視化技術(shù)智能擬合腎腫瘤與腎實質(zhì)接觸平面并計算其面積，為腎部分切除術(shù)創(chuàng)面大小提供參考，同時，另一接觸面相關(guān)參數(shù)為腫瘤腎實質(zhì)接觸面平整度，可警示泌尿外科醫(yī)師在切除腎腫瘤時腫瘤邊界是否規(guī)則，若接觸面局部有凸出的腫瘤，切除時則需格外小心，避免切破腫瘤或?qū)φＤI實質(zhì)造成不必要的損傷，在完全切除腫瘤的同時盡可能多地保留腎實質(zhì)。

腎血管變異包括動、靜脈血管走行或數(shù)量的變異，血管變異會影響手術(shù)的安全性，同時也會使手術(shù)并發(fā)癥風(fēng)險增加。腹腔鏡下腎部分切除術(shù)的關(guān)鍵步驟即為處理脈管系統(tǒng)，因此，術(shù)前了解腎血管變異十分重要。副腎動脈是最常見的血管變異，大約會出現(xiàn)在1/3的患者，副腎動脈的存在可能會導(dǎo)致腎門阻斷不完全，引起嚴(yán)重的術(shù)中出血、并發(fā)癥發(fā)生或腫瘤切緣陽性。常見的靜脈變異包括腎靜脈過多、靜脈過晚融合、主動脈后左腎靜脈等，靜脈變異對腎部分切除術(shù)的影響較小，但術(shù)前識別這些變異，可降低術(shù)中血管損傷的可能性。CT三維可視化在識別血管方面有特別的優(yōu)勢，通過旋轉(zhuǎn)、縮放、透明化、組合顯示等工具可以清晰顯示腎及腫瘤的血供情況，個體化制定手術(shù)計劃，有利于在適當(dāng)?shù)牟±休o助完成選擇性腎動脈阻斷腎部分切除術(shù)。

腎周脂肪的數(shù)量和性質(zhì)可影響腎門解剖、術(shù)野暴露、腫瘤切除和腎臟縫合等重要手術(shù)操作，疏松的腎周脂肪可以輕松地完成游離與顯露，而大量、致密的脂肪在一定程度上會影響腎部分切除術(shù)的進行。術(shù)前評估患者腎周脂肪的情況對手術(shù)有一定的幫助。盡管BMI被廣泛用于反映個體的肥胖度，但目前研究表明BMI與腎部分切除術(shù)的圍手術(shù)期參數(shù)之間沒有相關(guān)性[18-19]，因為BMI不能區(qū)分脂肪和肌肉的質(zhì)量以及內(nèi)臟脂肪和皮下脂肪。腎周脂肪厚度的定義為從腎包膜到腎周筋膜在腎靜脈的延長線上的距離。Macleod等[20]比較了腎周脂肪、BMI、腹部肥胖對于機器人輔助腎部分切除術(shù)難度的預(yù)測價值，發(fā)現(xiàn)腎周脂肪的測量與術(shù)中失血量、手術(shù)時間的增加有關(guān)。除了腎周脂肪數(shù)量，脂肪的性質(zhì)對腎部分切除術(shù)也有很大影響。梅奧粘連概率(Mayo adhesive probability，MAP)有助于預(yù)測黏性腎周脂肪的可能性，以評估腎部分切除術(shù)的困難程度。本評分系統(tǒng)納入腎周脂肪的表面積、體積和CT值用于評價腎周脂肪的數(shù)量及性質(zhì)，評估具有“黏性”的脂肪的數(shù)量，以預(yù)測腎部分切除術(shù)手術(shù)過程中游離腎臟和暴露腎血管的難度。

重建后的三維影像可在Touch Viewer系統(tǒng)上進行縮放、旋轉(zhuǎn)、組合顯示、顏色調(diào)整、透明化、長度和體積自動測量及模擬裁切等操作，滿足術(shù)前虛擬手術(shù)規(guī)劃及術(shù)中輔助導(dǎo)航的要求，流程一般為：(1)打開三維可視化結(jié)果；(2)設(shè)置顯示或隱藏組織；(3)調(diào)整組織器官透明度；(4)旋轉(zhuǎn)、縮放，調(diào)整圖像與手術(shù)患者體位一致；(5)全屏顯示，或?qū)胧中g(shù)機器人系統(tǒng)，進一步幫助手術(shù)醫(yī)師把握手術(shù)過程及術(shù)中變化(圖7)。

本研究初步探究CT三維重建在腎部分切除術(shù)中的應(yīng)用價值，分析三維圖像下的相關(guān)參數(shù)對手術(shù)時間、腎動脈阻斷時間、出血量、并發(fā)癥等的預(yù)測價值，但仍有一定的不足。首先，受限于回顧性研究及樣本量，我們僅分析了三維指標(biāo)與圍手術(shù)期參數(shù)的相關(guān)性，沒有進一步分析因果關(guān)系。其次，對于存在相關(guān)性的指標(biāo)，需進一步探究評價細則以更好地預(yù)測手術(shù)難度及并發(fā)癥的風(fēng)險，對于沒有相關(guān)性的指標(biāo)，原因可能是樣本量不足所導(dǎo)致的偏倚；此外，仍有部分指標(biāo)尚未實現(xiàn)定量評價，如血管變異，細化分型有助于進一步提高本評分系統(tǒng)的臨床應(yīng)用價值。最后，本文報告的結(jié)果為單中心經(jīng)驗，由于本中心為綜合轉(zhuǎn)診醫(yī)院，可能存在患者的選擇偏倚，未來需通過多中心前瞻性研究進一步證實以推廣。

綜上，CT三維可視化可清晰顯示腫瘤解剖參數(shù)及血供、脂肪等信息，綜合這些信息構(gòu)成腎腫瘤三維可視化評價系統(tǒng)可幫助預(yù)測腎部分切除術(shù)的手術(shù)難度、圍術(shù)期并發(fā)癥、術(shù)后腎功能等。重建的三維圖像導(dǎo)入指定程序或機器人操作系統(tǒng)即可完成虛擬手術(shù)及術(shù)中輔助導(dǎo)航，幫助手術(shù)醫(yī)師更好地把握手術(shù)過程。評分系統(tǒng)所包含的指標(biāo)及各項指標(biāo)的分值權(quán)重尚需根據(jù)多中心大樣本的研究來證實及完善。