三維可視化技術(shù)在經(jīng)皮腎鏡碎石取石術(shù)中新進(jìn)展

韋慶凡 陸海 韋利濤 覃江

【關(guān)鍵詞】 腎結(jié)石；經(jīng)皮腎鏡碎石取石術(shù)；三維可視化技術(shù)

中圖分類號(hào)：R699.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2023.06.014

腎結(jié)石是常見病及多發(fā)病，廣西是腎結(jié)石高發(fā)地區(qū)。治療腎結(jié)石的方法多種多樣，包括各種非侵入性的治療如藥物治療、體外沖擊波碎石以及侵入性治療如輸尿管軟鏡手術(shù)、經(jīng)皮腎鏡碎石取石術(shù)（percutaneous nephrostolithotomy，PCNL）和腎切開取石術(shù)^［1-2］。在過去的 30 年中，經(jīng)皮腎鏡碎石取石術(shù)作為一種微創(chuàng)方法，一直用于治療腎臟和輸尿管上段大結(jié)石，是目前治療腎結(jié)石最常用、有效的手術(shù)之一，對(duì)于較大結(jié)石、多發(fā)結(jié)石等復(fù)雜性結(jié)石，更是臨床治療的標(biāo)準(zhǔn)方法。但是，PCNL易對(duì)脊柱、胸膜和周圍毗鄰臟器造成損傷，且有較高的出血及感染風(fēng)險(xiǎn)^［3-4］。因此，如何準(zhǔn)確地建立穿刺通道，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高結(jié)石清除率是PCNL的難點(diǎn)、重點(diǎn)。目前，最主要的建立穿刺通道的方法是對(duì)腎結(jié)石患者集合系統(tǒng)的單時(shí)相CT數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建。近年出現(xiàn)的三維可視化技術(shù)對(duì)泌尿系統(tǒng)4個(gè)時(shí)相的CT數(shù)據(jù)進(jìn)行重建并達(dá)到真正意義上的三維可視化，并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行虛擬手術(shù)的設(shè)計(jì)^［5-6］。常規(guī)PCNL通常是在術(shù)前完善單時(shí)相CT并進(jìn)行重建，術(shù)中在B超引導(dǎo)下進(jìn)行穿刺并建立手術(shù)通道。但B超分辨率低，且為二維圖像，用于引導(dǎo)穿刺容易產(chǎn)生盲區(qū)與誤差而增加手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。而三維可視化技術(shù)不僅能夠個(gè)體化地模擬患者腎臟內(nèi)結(jié)構(gòu)與結(jié)石位置以及腎臟與周圍毗鄰組織的關(guān)系，也能立體化地展現(xiàn)結(jié)石患者腎臟血管分布情況，從而為術(shù)者設(shè)計(jì)手術(shù)與建立穿刺通道提供較為詳細(xì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)^［7］。現(xiàn)對(duì)三維可視化技術(shù)在PCNL手術(shù)中的新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 PCNL手術(shù)的特點(diǎn)

設(shè)計(jì)與建立穿刺通道是PCNL術(shù)中最關(guān)鍵的步驟。為了直截了當(dāng)?shù)剡M(jìn)入結(jié)石所處的腎盞，并能以最高的效率將術(shù)中粉碎的結(jié)石沖出穿刺通道，一般選擇能到達(dá)各組腎盞的穿刺點(diǎn)。對(duì)PCNL而言，腎中盞穿刺路徑得到的術(shù)野范圍最廣，可以進(jìn)入到腎盂、腎上中下盞甚至輸尿管上段。位置偏上結(jié)石的穿刺路徑一般為上盞，而位置偏下的結(jié)石其穿刺路徑主要為下盞。在進(jìn)行腎盂穿刺時(shí)應(yīng)使腎盂盡量充盈以便于觀察穿刺過程的操作，此時(shí)向輸尿管導(dǎo)管內(nèi)打入生理鹽水或造影劑可以達(dá)到此目的。穿刺時(shí)應(yīng)避免直接穿刺進(jìn)入集合系統(tǒng)，否則腎盂內(nèi)液體外滲易導(dǎo)致穿刺效果不佳。穿刺針進(jìn)入的方向與擴(kuò)張器的方向必須一致，且擴(kuò)張器置入深度要小于穿刺針，避免損傷腎實(shí)質(zhì)^［8］。PCNL結(jié)石清除率和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與腎臟穿刺部位的選擇密切相關(guān)，建立正確的腎臟穿刺通道是完成碎石術(shù)、降低術(shù)中術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率的前提。大出血、肝和胸膜損傷以及腸損傷都是PCNL術(shù)中術(shù)后可能遇到的并發(fā)癥。因此，腎穿刺通路的成功建立是PCNL的主要因素和難點(diǎn)^［9-10］。三維可視化技術(shù)可以解決穿刺定位問題，提高穿刺定位精度和安全性。

2 三維可視化技術(shù)的原理

CT掃描在俯臥位進(jìn)行，以DICOM 格式文件從患者腎臟的薄層 CT 提取出圖像，并使用 Mimics 17.0軟件進(jìn)行閾值選擇、區(qū)域增長(zhǎng)、多層編輯和修改技術(shù)后，得到腎臟不同部位的三維重建圖像。獲得圖像后，再組成一個(gè)完整的腎臟。另外，對(duì)第十一和第十二肋也進(jìn)行了重構(gòu)以實(shí)現(xiàn)平滑、精細(xì)填充以及其他后處理。最后還提供了標(biāo)準(zhǔn)化的STL文件，用于繪出穿刺點(diǎn)并設(shè)定其穿刺路徑、穿刺深淺度和穿刺軌跡。利用成像數(shù)據(jù)和三維可視化模型，對(duì)經(jīng)皮腎鏡取石通道、目標(biāo)腎盞、穿刺角度進(jìn)行術(shù)前規(guī)劃，預(yù)測(cè)殘余結(jié)石、穿刺深度和碎石過程。通過患者腎臟和結(jié)石的三維可視化成像，建立最佳碎石通道，即皮膚與目標(biāo)腎盞的最短距離，并與周圍目標(biāo)腎盞形成鈍角，該碎石通道便于處理多盞結(jié)石。如果含結(jié)石的腎盞頸部與最佳碎石通道的夾角小于60°，則說明腎鏡將無法進(jìn)入腎盞進(jìn)行激光碎石，腎盞內(nèi)的結(jié)石仍會(huì)殘留形成殘石^［11］。

3 建立三維可視化模型對(duì)PCNL的意義

三維空間圖像可視化技術(shù)主要是將二維映像學(xué)資源采用面繪畫、體描繪方式，以立體模型表現(xiàn)體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)和臟器解剖構(gòu)造。腎結(jié)石的三維空間圖像可視化模型根據(jù)病人原始CT映像學(xué)數(shù)據(jù)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件處理技術(shù)進(jìn)行分析、運(yùn)算、分割、融合、渲染等操作，全方位、多角度、深層次地將臟器內(nèi)解剖構(gòu)造和結(jié)石以及附近組織形狀、空間結(jié)構(gòu)分布三維立體顯示。還能夠通過染色、旋轉(zhuǎn)、半透明性處理等多項(xiàng)操作判斷術(shù)后切緣，從而決定最后的手術(shù)方案，對(duì)設(shè)計(jì)經(jīng)皮腎鏡術(shù)后皮膚穿刺隧道的安全、可行性和有效性都具有意義。三維可視化模型彌補(bǔ)了傳統(tǒng)影像學(xué)對(duì)解剖結(jié)構(gòu)無法全面展現(xiàn)的缺陷，從而形成了對(duì)精準(zhǔn)外科手術(shù)的安全與有效性之重要組成部分^［12］。在穿刺之前，將三維可視化技術(shù)運(yùn)用于腎部定位，并在穿刺過程中引導(dǎo)穿刺針的方位與傾角，以獲得結(jié)石體積所在的最佳腎盞，可以提高腎穿刺的精確度，從而縮短穿刺流程，增加穿刺的精確度。PCNL的治療中，對(duì)穿刺路徑的設(shè)定與確定尤為重要。因?yàn)槌Ｒ?guī)PCNL都是“一次性”的，一旦穿刺路線出錯(cuò)，穿刺深度出錯(cuò)，甚至破壞了組織器官和周圍毗鄰臟器，都是不可逆的。而三維可視化技術(shù)則能夠很好地解決這種問題。醫(yī)生可在術(shù)中根據(jù)重建的腎結(jié)石三維模型不斷學(xué)習(xí)，調(diào)整穿刺路線、穿刺地點(diǎn)和穿刺深淺等治療重點(diǎn)，及時(shí)掌握在治療中可能出現(xiàn)的問題，以便進(jìn)一步調(diào)整，從而減少遺漏^［13］。利用對(duì)模型的擴(kuò)大、縮小和透明化等方法，能夠更清晰地揭示腎內(nèi)結(jié)石、毛細(xì)血管、集合系統(tǒng)及其與鄰近臟器之間的位置關(guān)聯(lián)，模型也為反復(fù)穿刺點(diǎn)的正確定位奠定了生物解剖學(xué)基礎(chǔ)，也因此能夠篩選出最合適、療效最佳的穿刺點(diǎn)通道和術(shù)后規(guī)劃，以最大可能地避開腎內(nèi)血管，進(jìn)而減少合并癥的發(fā)生^［14］。

4 三維可視化技術(shù)與其他重建技術(shù)的區(qū)別

CT三維重建技術(shù)的精確度超過了96%，對(duì)腎臟實(shí)質(zhì)、腎集合系統(tǒng)、尿道與膀胱的三維重建效果已日趨完善^［15］。CT三維重建技術(shù)既能夠更加直接精準(zhǔn)地表達(dá)泌尿體系的剖解學(xué)特點(diǎn)，又由于其使用簡(jiǎn)便、無損性較高的優(yōu)點(diǎn)，已成為目前研究活體臟器解剖學(xué)的最主要方式。三維可視化與CT三維重建的區(qū)別則在于：三維可視化與三維重建都是建立在增強(qiáng)CT的基礎(chǔ)上，但二者并不相同。三維重建只能將造影劑經(jīng)過的組織器官進(jìn)行重建，并且只能觀察組織輪廓，無法對(duì)血流外的腎臟集合系統(tǒng)進(jìn)行觀察，因此無法對(duì)結(jié)石進(jìn)行細(xì)致地觀察。另外，三維重建與三維可視化都能顯示血管，但三維可視化能清楚地標(biāo)注動(dòng)靜脈，對(duì)腎周圍組織進(jìn)行清楚地重建，并且能夠自由旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)阻礙觀察的對(duì)應(yīng)組織可以選擇性屏蔽^［16］。近年來3D打印技術(shù)應(yīng)用于腎結(jié)石的治療也逐漸成為趨勢(shì)，其通過透明材料還原腎臟內(nèi)結(jié)石的分布及腎臟集合系統(tǒng)與周圍組織的關(guān)系，從而達(dá)到術(shù)前輔助設(shè)計(jì)穿刺路徑的目的^［17］。而三維可視化技術(shù)與3D打印的區(qū)別在于：（1）3D打印技術(shù)需要增強(qiáng)CT或靜脈尿路造影等才能清楚顯示泌尿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。而三維可視化技術(shù)單純做增強(qiáng)CT完全可以滿足需求。（2）3D打印技術(shù)需將二維圖像模型用透明材料進(jìn)行1∶1重建才能清楚顯示構(gòu)造并方便臨床應(yīng)用。三維可視化技術(shù)可以在電腦上完成重建，并在電腦上進(jìn)行觀看及模擬操作。（3）3D打印技術(shù)一經(jīng)打印，實(shí)物便不能更改。而三維可視化技術(shù)能夠在電腦上旋轉(zhuǎn)角度、切換視角，對(duì)每個(gè)組織器官及血管都有相應(yīng)標(biāo)注，并且對(duì)阻礙觀察的其他組織可以進(jìn)行選擇性屏蔽^［18］。

5 三維可視化技術(shù)對(duì)醫(yī)患溝通的意義

在術(shù)前與患者及其家屬的交談中，外科醫(yī)生利用三維可視化模型的可視化效果，對(duì)腎臟的結(jié)構(gòu)、手術(shù)的具體過程、術(shù)后并發(fā)癥的可能性及原因進(jìn)行分析講解， 溝通更加嚴(yán)謹(jǐn)和充分，促進(jìn)了患者對(duì)醫(yī)生的信任，提高了談話的效率以及患者認(rèn)可度，取得了良好的效果?；颊邔?duì)疾病和治療的認(rèn)知可能受到多種其他因素的影響，例如教育背景和既往PCNL史。通過術(shù)前交談得知患者對(duì)手術(shù)的了解情況，有助于排除其他混雜因素造成的結(jié)果偏差?？梢栽黾踊颊邔?duì)醫(yī)師的信心，讓醫(yī)患關(guān)系更為和諧^［19］。

6 建立三維可視化對(duì)初級(jí)醫(yī)師的意義

改進(jìn)和細(xì)化重建效果，使腎臟模型在超聲引導(dǎo)下清晰顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)和結(jié)石圖像，術(shù)者和年輕醫(yī)師可以進(jìn)行術(shù)前模擬穿刺練習(xí)，達(dá)到模擬訓(xùn)練的效果。此外，PCNL是一項(xiàng)復(fù)雜的泌尿外科手術(shù)，需要具備高水平的專業(yè)知識(shí)才能執(zhí)行。 PCNL中最重要也是最難掌握的步驟是建立經(jīng)皮腎穿刺通道。在手術(shù)室等高壓環(huán)境中獲得此類專業(yè)知識(shí)可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)曲線陡峭并增加成本。模擬器的使用對(duì)于提高性能質(zhì)量和減少現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的錯(cuò)誤至關(guān)重要。最好的例子是飛行員用于訓(xùn)練的飛行模擬器，這些模擬器非常有用，模型中的任務(wù)可以重復(fù)任意次數(shù)，并且可以在受控的無壓力環(huán)境中完成，而不必?fù)?dān)心會(huì)出現(xiàn)并發(fā)癥。事實(shí)證明，在模擬器上練習(xí)的外科醫(yī)生在實(shí)際手術(shù)過程中往往更有信心，并在更短的時(shí)間內(nèi)完成手術(shù)，并發(fā)癥更少。在三維可視化技術(shù)重建的圖像基礎(chǔ)上培養(yǎng)年輕醫(yī)生，可以極大縮短他們的學(xué)習(xí)曲線^［20］。

7 三維可視化技術(shù)在國內(nèi)研究現(xiàn)狀

武利兵等^［21］進(jìn)行了一項(xiàng)三維可視化手術(shù)與常規(guī)治療手術(shù)對(duì)腎結(jié)石治療效果的比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三維可視化手術(shù)與實(shí)際治療手術(shù)的穿刺點(diǎn)匹配度為100%，兩組平均入院治療時(shí)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；兩組間平均缺血量、平均術(shù)后診治時(shí)限及并發(fā)癥發(fā)生率差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，虛擬的仿真術(shù)后治療平均腦缺血發(fā)病率降低，平均術(shù)后診治時(shí)限及患者并發(fā)癥發(fā)生率也減少。由此得出結(jié)果：虛擬現(xiàn)實(shí)與仿真治療有助于臨床醫(yī)師對(duì)腎結(jié)石患者進(jìn)行個(gè)性化術(shù)中評(píng)價(jià)和治療方法設(shè)計(jì)，為臨床醫(yī)生正確地判斷和處理問題奠定了基礎(chǔ)。而曹溆等人^［22］則研究以CT圖像數(shù)據(jù)為基本的腎臟數(shù)字三維圖像在PCNL診斷復(fù)雜腎結(jié)石中的應(yīng)用價(jià)值， 結(jié)果顯示以CT圖像數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)的腎臟三維數(shù)字圖像可以安全地運(yùn)用于PCNL患者的復(fù)雜性腎結(jié)石，從而減少了手術(shù)時(shí)間與手術(shù)中出血量。林艷君等^［23］研究了三維可視化技術(shù)在診斷老年患者鹿角形腎結(jié)石中的運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)在三維可視化引導(dǎo)下PCNL組在清石效果、并發(fā)癥發(fā)生率方面均優(yōu)于常規(guī)PCNL組， 術(shù)后持續(xù)時(shí)間、 術(shù)中出血量、反復(fù)穿刺深度和平均住院治療時(shí)間等方面，亦優(yōu)于常規(guī)PCNL組。但截至目前，廣西區(qū)內(nèi)并無相關(guān)研究著重于三維可視化技術(shù)在經(jīng)皮腎鏡手術(shù)穿刺通道的設(shè)計(jì)。廣西地區(qū)腎結(jié)石發(fā)病率高，患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重，推廣三維可視化技術(shù)對(duì)減輕患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)及地區(qū)醫(yī)療負(fù)擔(dān)有積極意義。

8 總結(jié)

隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，疾病的診療更加豐富多樣，手術(shù)方式也變得智能與精準(zhǔn)，由此腎結(jié)石的治療也逐漸多元化。但PCNL一直是腎結(jié)石治療方法中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。三維可視化技術(shù)的特點(diǎn)為術(shù)前診斷、術(shù)中操作精確，能夠很大程度減少手術(shù)創(chuàng)傷、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)并提高結(jié)石清除效率。與傳統(tǒng)PCNL相比，三維可視化技術(shù)對(duì)PCNL有巨大的幫助，而未來三維可視化技術(shù)在PCNL中的應(yīng)用有廣泛普及的前景。但目前針對(duì)三維可視化技術(shù)在PCNL中的有效性研究尚少，仍需繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)隨機(jī)隊(duì)列研究，提供更加詳實(shí)有效的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)。

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（收稿日期：2023-01-03 修回日期：2023-01-28）

（編輯：黃研研）