腎臟incool-3D立體影像技術(shù)在復(fù)雜腎結(jié)石經(jīng)皮腎鏡碎石取石術(shù)中的應(yīng)用：前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究*

賴錦源 盧凱鑫 劉昌毅 何彥峰 陳文煒 張 華 高 銳

(福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院泌尿外科，福州 350005)

復(fù)雜性腎結(jié)石是孤立腎結(jié)石、馬蹄腎結(jié)石、鹿角形腎結(jié)石、多發(fā)結(jié)石及直徑3 cm以上的腎結(jié)石，是泌尿外科的常見病和多發(fā)病，手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較大，治療相對(duì)困難，術(shù)后并發(fā)癥仍不少見，經(jīng)皮腎鏡碎石取石術(shù)(percutaneous nephrolithotomy，PCNL)仍是首選治療方案。成功的PCNL首先要建立合適的經(jīng)皮腎通道，經(jīng)皮腎穿刺的定位方法主要依靠超聲和X線的輔助，但是術(shù)前穿刺點(diǎn)的選擇主要依靠影像學(xué)檢查，如尿路平片(kidney,ureter,and bladder,KUB)、靜脈腎盂造影(intravenous pyelography，IVP)或者CT尿路造影(computed tomography urography，CTU)，這些影像資料缺乏立體三維的空間結(jié)構(gòu)，對(duì)于尋找合適的穿刺位點(diǎn)，難以起到精確定位的作用[1，2]。3D立體影像技術(shù)是近年來興起的一項(xiàng)新技術(shù)，對(duì)于腎臟集合系統(tǒng)和結(jié)石的評(píng)估立體、直觀、簡(jiǎn)單化，可以更精確地選擇PCNL穿刺點(diǎn)和穿刺通道，術(shù)前更方便和患者交流[3～6]。2018年6月～2019年12月我們采用incool-3D影像成像系統(tǒng)，建立腎臟集合系統(tǒng)、血管、結(jié)石3D立體影像，模擬人體實(shí)體解剖，并與KUB、CTU影像進(jìn)行對(duì)照，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 臨床資料與方法

1.1 一般資料

本研究為前瞻性隨機(jī)對(duì)照研究，通過福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)審批(批文號(hào)：閩醫(yī)大附一倫理醫(yī)技審[2016]120號(hào))，所有患者簽訂知情同意書。病例選擇標(biāo)準(zhǔn)：①符合復(fù)雜性腎結(jié)石的診斷；②有明確的PCNL指征；③術(shù)前無明顯手術(shù)和麻醉禁忌證，無泌尿系感染或感染已經(jīng)控制。排除標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前心肺功能或肝腎功能等存在明顯異常；②術(shù)前有明顯血液系統(tǒng)疾病伴有嚴(yán)重出血傾向；③泌尿系統(tǒng)感染尚未控制；④年齡>70歲，或<18歲。選取2018年6月～2019年12月我科36例復(fù)雜性腎結(jié)石，按住院時(shí)間先后順序進(jìn)行編號(hào)，采用隨機(jī)數(shù)字表分為incool-3D立體影像組和對(duì)照組，均行PCNL。男22例，女14例。年齡26～70歲，平均54.2歲。6例無臨床癥狀體檢發(fā)現(xiàn)腎結(jié)石，腰痛伴肉眼血尿7例，腰疼14例，肉眼血尿9例。右腎結(jié)石20例，左腎結(jié)石16例；多發(fā)結(jié)石24例，鹿角形結(jié)石12例。腎結(jié)石大小2.6～6.3 cm，平均4.1 cm。血肌酐(92.67±3.33)μmol·L-1。ASA分級(jí)Ⅰ級(jí)26例，Ⅱ級(jí)10例。合并腎積水26例，泌尿道感染32例，原發(fā)性高血壓19例，糖尿病8例。所有患者住院后均行KUB和CTU檢查。2組一般資料比較差異無顯著性(P>0.05)，有可比性，見表1。

表1 2組一般資料比較

1.2 方法

1.2.1 CT檢查方法 空腹行CTU。CT(64排，美國GE公司，Discovery HD750)參數(shù)設(shè)置：層厚2 mm，管電壓120 kV，管電流320 mA。先行泌尿系平掃，然后靜脈注射非離子造影劑，分別采集皮質(zhì)期、髓質(zhì)期、排泄期圖像，并將CT掃描得到的DICOM格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics V15.0軟件進(jìn)行三維重建。另將所得DICOM格式數(shù)據(jù)送往湖北英庫科技有限公司，通過特定軟件和技術(shù)(湖北英庫科技公司)進(jìn)行incool-3D立體影像重建。

1.2.2 手術(shù)方法 所有PCNL均由同一主刀醫(yī)生完成。全身麻醉，先截石位患側(cè)輸尿管逆行插管，再改為俯臥位行PCNL。根據(jù)術(shù)前預(yù)判和設(shè)計(jì)，術(shù)中B超定位，穿刺目標(biāo)腎盞，建立通道，完成手術(shù)。

1.3 觀察指標(biāo)

參考魏曉松等[7]記錄術(shù)前談話評(píng)分情況，評(píng)估incool-3D立體影像在術(shù)前談話醫(yī)患溝通中的作用，評(píng)分主要包括4個(gè)方面：①患者及家屬對(duì)術(shù)前談話的滿意度；②incool-3D立體影像了解腎結(jié)石和腎積水等情況；③incool-3D立體影像對(duì)了解手術(shù)步驟和手術(shù)并發(fā)癥等風(fēng)險(xiǎn)的作用；④incool-3D立體影像對(duì)術(shù)前談話影響的整體評(píng)價(jià)。incool-3D立體影像組參考incool-3D立體影像圖形和視頻，對(duì)照組參考KUB、CTU影像，術(shù)前分別設(shè)計(jì)每一位患者皮膚的穿刺點(diǎn)和穿刺目標(biāo)腎盞，比較術(shù)前預(yù)規(guī)劃和術(shù)中實(shí)際操作的穿刺點(diǎn)的吻合度和選擇穿刺目標(biāo)腎盞的吻合度。比較2組穿刺目標(biāo)腎盞時(shí)間(從開始穿刺到穿刺目標(biāo)盞成功)、手術(shù)時(shí)間(從開始消毒到切口縫合完畢)、清石率(術(shù)后殘余結(jié)石≤4 mm被認(rèn)為結(jié)石完全清除)[8]、術(shù)后出血(術(shù)后血紅蛋白進(jìn)行性下降，<80 g/L，甚至出現(xiàn)出血性休克，需要行血管介入栓塞治療，被認(rèn)定為術(shù)后出血)[9]、術(shù)后感染(術(shù)后血常規(guī)WBC高于正常，C反應(yīng)蛋白、降鈣素原等炎癥指標(biāo)增高，患者體溫升高，血或尿細(xì)菌培養(yǎng)陽性，被認(rèn)定為術(shù)后感染)、術(shù)后引流管拔除時(shí)間(拔管標(biāo)準(zhǔn)：術(shù)后第1或2天影像學(xué)檢查顯示無殘留結(jié)石，輸尿管通暢，尿液清亮，造瘺管可在術(shù)后3～7 d拔除)[9]和住院時(shí)間(出院標(biāo)準(zhǔn)：腎造瘺管拔除后無出血即可出院)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

KUB和CTU可以看到二維空間的腎臟集合系統(tǒng)和結(jié)石的關(guān)系(圖1)，incool-3D立體影像的建立，可以看到三維空間的腎臟集合系統(tǒng)腎小盞、大盞、腎盂和輸尿管的形態(tài)，可以準(zhǔn)確顯示結(jié)石的位置、大小，也可以看到腎盞周圍的二級(jí)血管走行，清楚顯示腎臟和周圍器官的三維毗鄰關(guān)系(圖2)。

圖1 術(shù)前KUB示左側(cè)鹿角形結(jié)石，CTU示左腎復(fù)雜性腎結(jié)石合并腎積水，各腎小盞擴(kuò)長呈棉花團(tuán)狀，結(jié)石充填整個(gè)集合系統(tǒng) 圖2 A.術(shù)前incool-3D影像前面觀；B.術(shù)前incool-3D影像后面觀；C.術(shù)前 incool-3D影像集合系統(tǒng)；D.術(shù)前incool-3D影像集合系統(tǒng)和血管的關(guān)系(綠色代表腎臟集合系統(tǒng)，橙色代表腎結(jié)石，紅色代表動(dòng)脈血管，藍(lán)色代表靜脈血管)

incool-3D立體影像組在術(shù)前談話中表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)，患者對(duì)術(shù)前談話的滿意度、對(duì)腎結(jié)石的病情了解的情況、對(duì)了解手術(shù)步驟和手術(shù)并發(fā)癥等風(fēng)險(xiǎn)的作用和對(duì)術(shù)前談話影響的整體評(píng)價(jià)的評(píng)分均明顯高于對(duì)照組(P<0.05)，見表2。

表2 2組術(shù)前談話問卷評(píng)分表得分比較 分

所有患者手術(shù)均順利，對(duì)照組1例術(shù)后出血，經(jīng)保守治療后痊愈，無動(dòng)脈栓塞病例。3D立體影像組1例術(shù)后感染，對(duì)照組2例術(shù)后感染，均表現(xiàn)為術(shù)后高熱體溫達(dá)39.0 ℃以上，給予立即升級(jí)抗生素，進(jìn)行血、尿細(xì)菌培養(yǎng)，在細(xì)菌培養(yǎng)結(jié)果出來之前，采用降階梯的抗生素治療方式，3例均痊愈出院。患者術(shù)后腎造瘺管和尿管引流尿液清亮，無血性引流液，血常規(guī)檢查血紅蛋白穩(wěn)定無明顯變化，即考慮拔除腎造瘺管，第2天拔除導(dǎo)尿管并出院。

incool-3D立體影像組術(shù)前評(píng)估和實(shí)際手術(shù)中穿刺點(diǎn)和穿刺目標(biāo)腎盞吻合度明顯高于對(duì)照組(P<0.05)；incool-3D立體影像組術(shù)中穿刺目標(biāo)腎盞時(shí)間、手術(shù)時(shí)間、清石率明顯優(yōu)于對(duì)照組(P<0.05)。2組術(shù)后出血和術(shù)后感染發(fā)生率、引流管拔除時(shí)間和住院時(shí)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表3。

表3 2組患者術(shù)中、術(shù)后情況比較

3 討論

復(fù)雜性腎結(jié)石是指孤立腎結(jié)石、馬蹄腎結(jié)石、鹿角形腎結(jié)石、多發(fā)結(jié)石及直徑3 cm以上的腎結(jié)石等，患者腎臟的功能受損以及并發(fā)集合系統(tǒng)感染時(shí)，會(huì)增加臨床上對(duì)結(jié)石處理的難度[10]。腎結(jié)石的復(fù)雜程度通常由下列因素決定：①結(jié)石的大小、形狀以及在腎內(nèi)的分布情況；②結(jié)石的成分；③腎臟功能的狀況；④是否并發(fā)尿路感染。PCNL是目前公認(rèn)的處理復(fù)雜性腎結(jié)石的最佳治療方案，PCNL是否成功、結(jié)石的清石率和手術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生在很大程度上與經(jīng)皮腎通道的選擇和建立有密切的相關(guān)性[11]。因此，能夠在術(shù)前準(zhǔn)確了解腎臟集合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和結(jié)石分布的關(guān)系，腎臟二級(jí)、三級(jí)血管的分布情況和腎臟與周圍器官和肋骨的關(guān)系，對(duì)于術(shù)前判斷和預(yù)規(guī)劃穿刺目標(biāo)腎盞、規(guī)劃術(shù)中經(jīng)皮腎穿刺點(diǎn)和穿刺路徑，建立合理、合適的皮腎通道有很大的幫助。如何安全、快捷、準(zhǔn)確建立PCNL皮腎通道，國內(nèi)外有很多的研究。Huang等[12]通過2D超聲陣列傳感器的平移、傾斜或旋轉(zhuǎn)，使其自動(dòng)運(yùn)動(dòng)來疊加多個(gè)超聲橫斷面，產(chǎn)生3D超聲影像，應(yīng)用實(shí)時(shí)3D超聲影像在術(shù)中指導(dǎo)穿刺。但是3D超聲圖像缺乏逼真，刷新速度慢，很難精確指導(dǎo)臨床。Lima 等[13]應(yīng)用電磁系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)3D軌跡導(dǎo)航，他們首先通過輸尿管鏡將裝有一種電磁跟蹤(electromagnetic tracking，EMT)系統(tǒng)傳感器的輸尿管導(dǎo)管尖端放置在所需的穿刺部位，軟件收集和處理導(dǎo)管方向的信息，并將其傳遞給監(jiān)視器，然后選定穿刺的腎乳頭。該方法是在高度選擇的人群中進(jìn)行的，肥胖(可能降低EMT的精度)和結(jié)石負(fù)擔(dān)大的患者(使導(dǎo)管放置更加困難)需要驗(yàn)證。該技術(shù)還需要內(nèi)鏡下放置導(dǎo)管，以標(biāo)記感興趣的穿刺部位，進(jìn)一步延長手術(shù)時(shí)間，目前還很難在臨床中廣泛開展。

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和成熟，3D打印技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用到臨床治療中，臨床醫(yī)師可以根據(jù)患者的病情打印出相應(yīng)的3D器官和病灶的模型，在體外了解疾病和器官的關(guān)系，使醫(yī)師對(duì)術(shù)前病情的了解和手術(shù)方案的制定更簡(jiǎn)單明確，也更易使患者了解病情和手術(shù)過程[14～17]。 劉宇保等[18]應(yīng)用3D打印技術(shù)對(duì)鹿角形腎結(jié)石行PCNL術(shù)前精準(zhǔn)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，他們通過3D打印模型，展示出腎臟內(nèi)部三維立體結(jié)構(gòu)，清楚地顯示腎臟集合系統(tǒng)和結(jié)石的關(guān)系，為術(shù)者提供最直觀的手術(shù)評(píng)估依據(jù)。魏曉松等[7]采用3D打印技術(shù)對(duì)PCNL術(shù)前規(guī)劃及醫(yī)患溝通中的應(yīng)用進(jìn)行研究，他們認(rèn)為3D打印模型能清楚地顯示結(jié)石的位置、大小及其與第12肋關(guān)系，幫助手術(shù)醫(yī)師在術(shù)前設(shè)計(jì)出目標(biāo)腎盞和最佳的穿刺通道。但是3D打印模型還處于起步階段，打印價(jià)格昂貴，重建時(shí)間較長，還不能真正應(yīng)用于臨床，服務(wù)于臨床。臨床實(shí)踐中，外科醫(yī)師大多數(shù)還是參考KUB和CTU或者IVP進(jìn)行PCNL。KUB可以直觀顯示結(jié)石的大小、位置以及和肋骨的關(guān)系。CTU能顯示腎臟集合系統(tǒng)和結(jié)石的關(guān)系以及腎臟周圍臟器的情況，但重建影像為二維圖像，無發(fā)做到三維化，無法做到術(shù)前評(píng)估穿刺通道和腎臟血管的關(guān)系，術(shù)前規(guī)劃和設(shè)計(jì)經(jīng)皮腎鏡的穿刺目標(biāo)腎盞和穿刺點(diǎn)的精確性欠佳。術(shù)前談話的時(shí)候，患者及家屬對(duì)CTU的理解以及對(duì)整體的病情了解和手術(shù)過程及手術(shù)后的并發(fā)癥的理解也比較抽象?；诖?，我們應(yīng)用3D立體影像技術(shù)，在體外建立立體的3D影像圖形，18例incool-3D立體影像圖像，可以360°旋轉(zhuǎn)，也可以逐一消除各層的組織和器官，顯露最簡(jiǎn)單的結(jié)石，也可逐層疊加各個(gè)器官，恢復(fù)立體結(jié)構(gòu)，做成立體生動(dòng)的3D影像視頻。從立體影像來看，可以了解結(jié)石的位置、大小、腎臟二級(jí)血管，大盞和小盞與腎臟血管的關(guān)系。從圖形上可以清楚顯示腎臟集合系統(tǒng)大、小盞和結(jié)石的關(guān)系，周圍的毗鄰關(guān)系。根據(jù)立體影像圖像，在術(shù)前規(guī)劃手術(shù)路徑，預(yù)先設(shè)計(jì)出最佳的穿刺點(diǎn)以及穿刺目標(biāo)腎盞。本研究結(jié)果表明，incool-3D立體影像組術(shù)前預(yù)設(shè)的方案與實(shí)際手術(shù)基本相符，incool-3D立體影像組術(shù)前評(píng)估和實(shí)際手術(shù)中穿刺點(diǎn)的吻合度和穿刺目標(biāo)腎盞的吻合度明顯高于對(duì)照組；incool-3D立體影像組術(shù)中穿刺目標(biāo)腎盞時(shí)間、手術(shù)時(shí)間以及清石率方面均優(yōu)于對(duì)照組(P<0.05)，對(duì)PCNL有一定的幫助。

為防止術(shù)后出血等并發(fā)癥，需要進(jìn)一步研究如何建立三、四級(jí)的腎臟的血管的立體影像，避免誤穿腎臟的大的血管。在術(shù)中如何提高穿刺點(diǎn)和術(shù)前預(yù)規(guī)劃的目標(biāo)盞的穿刺吻合度，除充分利用3D立體影像外，還與患者呼吸動(dòng)度、實(shí)際體位以及術(shù)者超聲技術(shù)的掌握程度等有關(guān)系，如何能更精準(zhǔn)的提高穿刺率，還有待于融合影像等技術(shù)的進(jìn)一步研究和應(yīng)用。本研究我們還對(duì)比應(yīng)用3D立體影像圖像和KUB+CTU影像圖形對(duì)患者及家屬術(shù)前談話的反饋情況，結(jié)果表明3D立體影像生動(dòng)形象，患者及家屬對(duì)于病情的掌握和手術(shù)方案的了解一目了然，該方法將患者的結(jié)石和腎臟的關(guān)系以及周圍臟器的毗鄰關(guān)系直觀地反映在患者及家屬面前，有利于患者及家屬理解病情、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)以及并發(fā)癥，患者及家屬對(duì)該方法的滿意度較高?？梢?，3D立體圖像方便于醫(yī)患之間的交流和溝通，增加患者的信任度。

3D立體影像技術(shù)無法滿意地重建腎臟的三、四級(jí)血管，也無法替代術(shù)中B超或X線的引導(dǎo)，相信隨著3D立體影像技術(shù)的不斷發(fā)展，未來在術(shù)前完成PCNL的精確預(yù)規(guī)劃一定會(huì)常態(tài)化。