基于3D打印技術經皮腎鏡治療腎結石的研究進展

姜良真 ，崔喆

1 天津市泰達醫院泌尿外科 (天津 300457)；2 天津市天津醫科大學總醫院 (天津 300052)

3D打印技術是通過計算機設計軟件將圖像轉為可用指定材料打印的新興應用技術，是將三維數字成像技術與連續打印(多層次)技術相結合的一種增材制造技術。與傳統材料加工方法不同，3D打印技術通過分層加工、連續性疊加成形的方式逐層加入打印材料最終生成3D實體模型[1]。伴隨生物制造概念的提出，3D打印技術逐漸在醫學領域得到應用，而且備受國內外醫學研究者的關注。目前，3D打印技術打印出的人體器官在反映人體解剖細節方面有了很大突破，該技術最先應用于復雜手術的模擬操作、術前規劃等方面，如假肢定制、器官制造、解剖模型等，展現出巨大的應用價值和發展前景。近年來，3D打印技術在泌尿外科領域獲得越來越多的應用[2]，已成為臨床醫師共同關注的熱點。本研究就3D打印技術在經皮腎鏡治療腎結石中的應用進行綜述。

1 3D打印技術在經皮腎鏡治療腎結石中的應用現狀

腎結石在泌尿外科住院患者中占據首位，經皮腎鏡碎石取石術是目前臨床處理復雜腎結石的重要治療方式，該手術的重點環節及難點在于成功建立經皮腎鏡穿刺通道，穿刺通道的成功與否直接影響取石成功率[3]。臨床最常采用的建立經皮腎鏡穿刺通道方式為借助B超定位及X線定位進行穿刺，然而B超定位清晰度欠佳，而X線定位獲得的是二維圖像，缺乏立體感，因此穿刺角度不好把握，穿刺成功率難以保證[4]。

借助3D打印技術，手術醫師可獲得清晰的三維立體腎結石模型，可依據模型進行術前多角度、多方位模擬、觀察，為成功設計出最佳穿刺通道提供了可能，使得穿刺成功率大大提高而手術并發癥顯著減少[5]。國外文獻報道，借助3D打印技術可觀察到結石在腎的具體位置，施術者針對此進行術前規劃并在3D打印模型上進行手術模擬操作，使得術中操作更加精準，不僅能避開血管，而且能迅速找到結石所在位置并進行準確處理[6]。該研究指出，3D打印技術避免了不必要的手術步驟，大大縮短了手術時間，而且顯著提高了手術成功率。研究表明，3D打印技術能夠精準模擬腎臟及結石的解剖關系及其細節，可為手術規劃提供有價值的參考[7]。

魏曉松等[8]通過3D打印技術成功打印腎結石模型，并通過打印模型清晰觀察到患者的結石位置、性狀、大小等信息，以此進行術前規劃并開展經皮腎鏡穿刺取石手術，結果顯示全部患者均順利完成手術，且所有患者術中、術后無輸血，術后無高熱、感染、漏尿及大出血等并發癥，證實3D打印技術打印的結石模型可準確反映結石與周圍組織的解剖關系，為術者成功開展手術提供了保障。研究顯示，腎臟3D打印模型與患者腎臟橫徑差值平均為0.212 cm，長徑差值平均為0.283 cm，結石最長徑差值平均為0.244 cm，提示3D打印模型與患者的腎臟及結石的實際大小相差很小，可為術前規劃、手術模擬及術前結石定位提供準確信息，為術者選擇最佳穿刺點及穿刺角度提供支持[9]。值得期待的是，3D打印模型已成為治療復雜腎結石的新方向，其應用前景將異常廣闊。

2 3D打印技術應用于經皮腎鏡腎結石的個體化治療

隨著以人為本、敬畏生命及循證醫學等理念的提出，疾病治療不但要充分尊重患者的綜合情況及其個人意愿，而且強調遵循循證醫學原則。臨床治療過程中要針對患者的疾病特點及其個體化差異，包括個性心理特征、遺傳特征、價值觀等，制定適合患者整體需求的個體化治療方案。3D打印技術能夠在短時間內打造出患者手術區域的實體模型，以便供手術醫師對該患者的病情、機體狀況等進行直觀、真實的觀察和分析，從而根據患者的個體化術區狀況設計手術方案，并可在實體模型上進行術前手術模擬操作，這不但有助于施術者模擬手術過程并熟悉手術操作步驟，而且為其評估手術風險及術后效果提供便利。研究資料顯示，同樣是腎結石，但每位患者的腎臟血管分布情況、腎集合系統的解剖學形態、腎臟與周圍臟器的組織毗鄰關系，以及腎結石位置等存在較大差異[10]。因此，經皮腎鏡穿刺碎石術的穿刺位置、手術路徑及其方法也有較大差別。而如何為每位患者設計最佳個體化手術方案極其關鍵，3D打印技術為這一現實需求提供了可能。夏雨[11]研究指出，3D打印技術可打印出個性化實體模型，而且能夠精準顯示腎臟與其周邊器官的關系，顯示腎盂、腎動靜脈的位置，并顯示腎蒂血管分布及結石位置，從而使得術者選擇最佳穿刺入路、精準預判穿刺深度并定位目標腎盞及穿刺點，同時為判斷是否需要雙通道或多通道碎石提供指導。

此外，3D打印技術可為醫患溝通提供便利條件。手術醫師可利用個體化3D打印模型與患者及家屬進行術前溝通，通過向患者及家屬展示手術模擬過程及手術操作方法，有助于患者及家屬直觀了解自身病情及其手術情況，并深刻理解手術的意義極其風險[12]，這對促進醫患交流、構建和諧醫患關系有重要意義。

3 3D打印技術可為經皮腎鏡手術演練及醫學教學提供實體模型

臨床教學是臨床工作的重要組成部分。目前，各醫院的輪轉住院醫師、進修醫師、規培醫師，以及醫學生之間水平參差不齊，有些低年資醫師對傳統影像學資料如CT、X線片等的閱片能力有限，影響其準確判斷患者病情。3D打印技術可針對不同患者進行個體化模型打印，通過3D模型能夠清晰觀察腎結石位置及腎臟解剖形態，而且可進行手術模擬，清晰呈現手術視野及手術過程。將3D打印模型應用于經皮腎鏡碎石取石術的臨床教學中，使得醫學生對腎結石疾病有了更加直觀、深刻的認識，并可直觀觀察手術方法、手術步驟，有助于提高教學效果。

4 3D打印技術在經皮腎鏡腎結石治療中的不足及展望

目前，3D打印技術在經皮腎鏡結石治療手術中還存在不足之處。(1)手術費用昂貴且時間消耗很大：在醫學打印技術尚處于起步階段的今天，打印價格昂貴，為患者帶來較重的經濟負擔；同時，建模初期患者的腎臟三維圖像重建過程復雜，重建時間較長，而且操作人員需要一定的學習時間，建模效率還有待提高。(2)打印模型的精確性依然有提高空間：信息采集時患者的體位不同，其結石與周圍組織位置的關系存在一定差異，因此在CT信息采集階段應充分結合術者對體位的要求采取合適的檢查體位，以還原最真實的數據。(3)3D打印模型的打印材料還比較單一，較硬的打印材料不能較好反映人體組織器官軟組織的彈性結構，而合適的軟性打印材料還比較缺乏；此外，3D打印模型需要專業操作人員，而且對操作人員要求較高，且工作效率難以提高，影響臨床推廣。

雖然3D打印技術尚存在不少局限性，但隨著研究者的不斷探索和深入研究以及人們的廣泛關注，3D打印技術在經皮腎鏡腎結石的治療中將發揮越來越大的作用。已有研究者開始研究生物材料打印，旨在研究可實現具有生物活性及器官快速成型的新型打印材料[13]。相信隨著3D 打印技術的不斷完善和成熟，其在經皮腎鏡腎結石及其他醫學領域的應用將發展至新的高度。

總之，3D 打印技術在經皮腎鏡腎結石的治療中已展現出諸多優勢，而其應用中的局限性也將隨著該技術的發展逐步迎刃而解。