3D打印導(dǎo)航膽道內(nèi)鏡治療膽石癥

王海峰，王三貴，馮曉輝，陳海波，葉錫銀

（廣東省東莞市南城醫(yī)院 肝膽外科/東莞市膽囊疾病研究所，廣東 東莞 523071）

膽石癥（cholelithiasis）是一種常見(jiàn)病、多發(fā)病，可反復(fù)引起發(fā)熱、上腹痛、消化不良，阻塞的膽管還會(huì)引起黃疸、化膿性膽囊炎、梗阻性膽管炎，嚴(yán)重者可致膽源性胰腺炎、膽汁性肝硬化，部分致膽管癌變。亞洲膽石癥發(fā)病率為4%～15%，我國(guó)膽石癥發(fā)病率為3%～11%[1]。近年來(lái)，隨著我國(guó)居民飲食結(jié)構(gòu)、生活習(xí)慣的改變，其發(fā)病率每10年增加約2倍[2]。3D打印是一種通過(guò)3D打印機(jī)把三維重建獲得的圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用分層疊加的方式，建立三維實(shí)體的快速成型技術(shù)，其個(gè)性化、精準(zhǔn)化、遠(yuǎn)程化尤其適合于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的疾病診治[3]。膽石癥患者解剖變異或反復(fù)感染常導(dǎo)致膽囊三角和管道結(jié)構(gòu)顯露困難，結(jié)石分布多變，增加了膽道并發(fā)癥和殘石率。本研究將3D打印技術(shù)與內(nèi)鏡碎石取石術(shù)相結(jié)合用于膽石癥治療，可減少結(jié)石復(fù)發(fā)，效果較好，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料和方法

1.1 一般資料

回顧性分析 2018年5月至2019年7月東莞市南城醫(yī)院收治的膽石癥患者，按納入排除標(biāo)準(zhǔn)篩選后，共263例納入本研究，根據(jù)是否采用3D打印導(dǎo)航技術(shù)分為兩組，觀察組（n=131）：進(jìn)行薄層CT掃描和三維可視化重建、打印膽道數(shù)字模型，應(yīng)用于術(shù)前手術(shù)評(píng)估、模擬，制訂手術(shù)方案，術(shù)中引導(dǎo)內(nèi)鏡精準(zhǔn)取石；對(duì)照組（n=132）：按傳統(tǒng)內(nèi)鏡手術(shù)方案治療，未應(yīng)用3D打印技術(shù)。年齡14～95歲，中位年齡43歲；病程0.5 h至27年。所有病例肝功能Child-Pugh分級(jí)均為A～B級(jí)，其中49例輕中度黃疸，兩組基礎(chǔ)資料比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05） （見(jiàn)表1）。納入標(biāo)準(zhǔn)為：（1）超聲/CT/MRI明確診斷為膽石癥；（2）非急診手術(shù)，能夠完成CT薄層檢查和數(shù)字重建。排除標(biāo)準(zhǔn)為：中轉(zhuǎn)開(kāi)腹、中途退出和失訪。所有患者均簽署知情同意書(shū)，本研究經(jīng)東莞市南城醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。

1.2 方法

1.2.1 三維數(shù)據(jù)采集和3D打印：（1）薄層CT+增強(qiáng)：患者空腹或充盈胃腸道，東芝Aquilion 16層螺旋CT，層厚0.5 mm，由膈頂平掃至肝臟下緣。以碘佛醇造影增強(qiáng)掃描。（2）將薄層CT圖像數(shù)據(jù)分期并導(dǎo)入3D重建軟件3DVWorks V1.02，選擇不同時(shí)期高對(duì)比度的CT數(shù)據(jù)，用閾值分割或區(qū)域生長(zhǎng)等多種方法進(jìn)行分割重建。（3）重建模型以STL格式導(dǎo)出，切片軟件ChiTuBox 1.5切片，3D打印機(jī)根據(jù)需要按不同組合打印。

1.2.2 內(nèi)鏡碎石取石術(shù)：兩組均根據(jù)肝膽解剖結(jié)構(gòu)、膽道擴(kuò)張狀態(tài)和結(jié)石位置采用腹腔鏡或經(jīng)皮肝穿刺技術(shù)建立取石通道，膽道軟、硬鏡結(jié)合碎石儀、網(wǎng)籃等不同方式，進(jìn)行碎石取石手術(shù)。觀察組輔以可視化重建、仿真膽道進(jìn)行術(shù)前模擬碎石取石，以膽道3D打印模型明確術(shù)中關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)，確定穿刺途徑，結(jié)石大小、分布，導(dǎo)航內(nèi)鏡下尋石、碎石、取石，預(yù)估并解決術(shù)中難點(diǎn)，直到完成手術(shù)。

表1 兩組患者術(shù)前資料比較

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

比較兩組手術(shù)時(shí)間、出血量、住院時(shí)間、并發(fā)癥、結(jié)石復(fù)發(fā)率等。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 24.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料正態(tài)分布用（±s）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)；非正態(tài)分布資料用中位數(shù)（四分位數(shù)）M（P25，P75）表示，組間比較采用Kolmogorov-Smirnov（K-S）檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用百分率表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)或確切概率法。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組術(shù)后一般情況

觀察組131例術(shù)中所見(jiàn)均與三維可視化圖像、3D打印模型吻合，實(shí)際手術(shù)方式與術(shù)前規(guī)劃一致。與對(duì)照組比較，觀察組手術(shù)時(shí)間[140（95，175）minvs140（110，195）min]和住院時(shí)間[7（6，10）dvs7（6，10）d]無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。觀察組術(shù)中出血量減少[2（2，5）mLvs4（2，5）mL，P=0.001]，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但出血量均較少，無(wú)臨床意義。

術(shù)后并發(fā)癥：與對(duì)照組相比，觀察組殘石率更低，但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[0.8%（1/131）vs3.0%（4/132），P=0.179]；對(duì)照組術(shù)后消化道出血1例，經(jīng)保守治療后痊愈。所有病例未發(fā)現(xiàn)膽瘺、膽道損傷、術(shù)中大出血及圍術(shù)期死亡。

2.2 兩組術(shù)后隨訪結(jié)果

所有病例均采用超聲檢查進(jìn)行隨訪，隨訪時(shí)間3～13個(gè)月。與對(duì)照組比，觀察組結(jié)石復(fù)發(fā)率明顯降低[2.3%（3/131）vs12.9%（17/132），χ2=10.492，P=0.002]。復(fù)發(fā)結(jié)石均為低回聲膽泥，予熊去氧膽酸持續(xù)口服后，5例膽泥消失（觀察組2例，對(duì)照組3例），2例演變?yōu)楦呙芏冉Y(jié)石（觀察組和對(duì)照組各1例），其余無(wú)明顯改變。

2.3 典型病例

患者女性，48 歲，因“肝內(nèi)膽管多發(fā)結(jié)石術(shù)后反復(fù)腹痛11個(gè)月”入院。既往因“膽囊結(jié)石、膽總管結(jié)石、肝內(nèi)膽管多發(fā)結(jié)石”，行“開(kāi)腹膽囊切除、腹腔鏡膽總管探查取石、膽總管切開(kāi)肝內(nèi)膽管取石+膽腸吻合術(shù)”，帶T管入院，CT示左右肝內(nèi)膽管多發(fā)鑄形結(jié)石（圖1A～C）膽腸吻合術(shù)后。入院后行三維重建（圖1D～F），打印3D模型（圖2）。首次手術(shù)見(jiàn)左肝管與瘺道成銳角，取石困難，且結(jié)石較多，與3D打印模型一致。先經(jīng)竇道取出右肝管內(nèi)結(jié)石，左肝內(nèi)膽管僅見(jiàn)開(kāi)口，網(wǎng)籃套取小部分結(jié)石。術(shù)后CT示右肝管結(jié)石已消失，左肝管仍見(jiàn)大量結(jié)石。首次術(shù)后根據(jù)三維重建模擬經(jīng)皮肝穿刺路徑（圖3），二次手術(shù)經(jīng)皮肝穿刺，3D打印模型指引下穿刺左肝管成功，完全取凈結(jié)石。

圖1 肝內(nèi)膽管結(jié)石CT及三維重建

圖2 肝內(nèi)膽管結(jié)石3D打印模型

圖3 根據(jù)三維重建模擬經(jīng)皮經(jīng)肝穿刺路徑

3 討論

膽石癥目前的主要治療方式是膽囊、肝葉切除術(shù)或膽道鏡下碎石取石手術(shù)，手術(shù)路徑與效果多與結(jié)石分布及其相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。結(jié)石分布復(fù)雜多樣，可發(fā)生在膽管樹(shù)的任何部位，而相關(guān)膽道系統(tǒng)復(fù)雜[4]，膽囊三角及肝門(mén)周圍有重要的肝門(mén)靜脈、肝動(dòng)脈、左右肝管、膽總管、變異的右后支膽管等結(jié)構(gòu)。結(jié)石分布目前主要根據(jù)二維的CT斷層和超聲描述進(jìn)行預(yù)估判斷，而超聲內(nèi)鏡技術(shù)多用于取石過(guò)程中輔助，僅能觀察內(nèi)鏡所處膽管的結(jié)石，無(wú)法了解整體分布。內(nèi)鏡碎石取石術(shù)具微創(chuàng)優(yōu)勢(shì)，但受到鏡下視野限制，缺少全局和立體觀。如何精準(zhǔn)取石，減少并發(fā)癥是目前膽石癥內(nèi)鏡治療中的難點(diǎn)。

3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[5]，如骨科、口腔科、神經(jīng)外科等應(yīng)用較廣，肝膽外科也已逐步在臨床開(kāi)展，可視化肝臟模型在肝膽外科教學(xué)、ERCP、肝腫瘤和肝移植等的診療方面發(fā)揮了重要作用[6-8]，如方馳華等[9-10]將自主研發(fā)的MI-3DVS的3D可視化技術(shù)用于肝、膽、胰手術(shù)治療。當(dāng)前3D打印技術(shù)在臨床應(yīng)用中仍相對(duì)較少，可能與其成本較高、專業(yè)技術(shù)復(fù)雜有關(guān)，其臨床應(yīng)用的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)目前尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，需要結(jié)合相關(guān)指南和臨床進(jìn)一步研究。

將3D打印應(yīng)用于各種膽石癥患者的內(nèi)鏡手術(shù)，可通過(guò)CT薄層掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行3D重建，打印形象直觀的3D模型[11]，直接觀察結(jié)石在膽管的分布，了解結(jié)石與血管、膽管和關(guān)系[12]，判斷取石難度，決定取石方案，導(dǎo)航和指引內(nèi)鏡碎石取石手術(shù)的進(jìn)行。本研究顯示3D打印導(dǎo)航輔助不增加手術(shù)時(shí)間和住院時(shí)間，同其他文獻(xiàn)研究結(jié)果一致[13-14]，可減少術(shù)后結(jié)石復(fù)發(fā)率，手術(shù)方式過(guò)程符合精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)理念；并且有利于建立膽石癥3D數(shù)據(jù)庫(kù)，從而由分布和形態(tài)上研究結(jié)石成因，促進(jìn)數(shù)字技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

我們嘗試在膽管造影后采取CT掃描和3D打印相結(jié)合的方式重建數(shù)字膽道，打印模型精確，效果較好。目前該技術(shù)應(yīng)用尚面臨成本較高、彩色打印技術(shù)不夠成熟、打印機(jī)和打印材料過(guò)于昂貴，以及重建技術(shù)復(fù)雜、維護(hù)成本高等困難，尚需進(jìn)一步完善和改進(jìn)。