術前三維數字重建規劃技術在輸尿管軟鏡鈥激光碎石術治療腎盞結石中的應用*

陳維剛，趙偉，趙興旭，雙衛兵，原小斌

（1.新疆生產建設兵團第六師醫院 泌尿外科，新疆生產建設兵團 五家渠市 831300；2.山西醫科大學第一醫院 泌尿外科，山西 太原 030001）

近二十年以來，隨著腔內微創泌尿外科事業的不斷發展，上尿路結石治療領域的技術迭代與更新速度令人印象深刻。輸尿管軟鏡技術問世后，其在腎盞結石（caliceal lithiasis）腔內治療領域中的獨特臨床應用優勢，正在全球范圍內得到越來越多泌尿外科學者的認可。但另一方面，由于患者腎盞解剖結構的個體化獨特性及復雜性特點，常常存在術中難以準確定位結石、容易引起術中副損傷、初學者學習曲線較長、技術難以掌握等一系列問題。研究發現，輸尿管軟鏡通過人體泌尿系統的自然通道進入上尿路集合系統后，輔以激光能量平臺，可在完成碎石取石的同時，避免形成非自然穿刺腔道，但術后尿源性膿毒血癥的發生率也隨著手術時間和術中腎盂高壓狀態持續時間的延長而相應增加，且存在結石殘留風險，故在輸尿管軟鏡治療腎盞結石過程中建立快速精準定位、個體化的治療體系，對于縮短手術時間、提高手術效率并減少因手術時間延長導致的相關并發癥風險至關重要。

2021 年1 月以來，第六師醫院泌尿外科在山西省第四批援疆干部人才幫扶協助下，運用山西醫科大學第一醫院泌尿外科個體化三維數字CT 重建與導引系統，對20 例腎盞結石患者在術前實施64 排泌尿系平掃+增強CT+CTU 尿路成像（CT Urography,CTU）掃描所得到的原始影像數據進行三維重建后處理，并先期制定個性化的具體手術策略，測繪輸尿管軟鏡鈥激光碎石取石術中尋石路徑圖，效果滿意。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

2018 年6 月至2021 年6 月間，在第六師醫院泌尿外科由陳維剛副主任醫師實施的輸尿管軟鏡鈥激光碎石術治療腎盞結石的患者共計49 例。從2021 年1 月之前采用纖維輸尿管軟鏡鈥激光碎石取石術的29 例患者中選取出21 例作為對照組（B組）；從2021 年1 月之后針對擬接受輸尿管軟鏡鈥激光碎石取石術20 例患者作為研究組（A 組），并常規在術前運用個體化三維醫學影像重建與導引系統（3D-MIRGS）進行手術設計及規劃。兩組一般資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。見表1。

表1 兩組患者一般資料比較

1.2 確診方法及術前準備

所有患者在術前均通過64 排泌尿系平掃+增強CT+CTU 檢查確診并評估。術前提示尿路感染或菌尿癥的患者則暫緩手術，并根據藥敏結果以針對性敏感抗生素治療，化驗轉陰后再擇期手術。

1.3 三維數字重建技術方法

1.3.1 獲取CT 掃描原始數據 分期完整采集皮質期、髓質期及排泄期的DICOM（digital imaging and communications in medicine,DICOM）格式數字影像數據（像素大小0.976 6 mm，層厚0.625 mm）。

1.3.2 個體化三維數字CT 重建與導引系統圖像后處理 把每位患者的三期CT 掃描數據導入個體化三維數字CT 重建與導引系統平臺，對數字化圖像進行配準操作后，依據不同組織間灰度梯度，以自動算法結合手工調校的方式，實現三期組織器官結構的三維空間建模與同期展示。由于腎盂集合系統以及結石形態和位置的顯影成像主要依據排泄期CT 數據，因此該時相的后處理工作顯得尤為重要和關鍵。

1.3.3 個體化三維數字模型的定量觀測 個體化三維數字CT 重建與導引系統平臺可實現所建模型的全方位任意角度縮放觀測，配合局部透視功能，可精確測量結石的各角度徑線、盞頸寬度、結石所在腎盞與腎盂的夾角、腎盂出口與輸尿管起始部的夾角以及腎盂出口到達結石的距離等。見圖1。

圖1 個體化三維數字模型的重建與定量觀測

1.3.4 個性化術前手術策略的制定以及術中尋石路徑的測繪 所有患者的個性化手術策略的制定以及術中尋石路徑的測繪，均在術前根據個體化三維數字模型的定量觀測數據得以完成。重點就輸尿管軟鏡進入腎盂后旋轉的角度和探進的距離進行規劃，以達到縮短尋及目標盞時間、提高手術效率、避免術中副損傷的合理預期。

1.4 手術方法

所有入組患者均提前預置雙J 管，預擴輸尿管兩周時間。

A 組：麻妥，擺截石體位，拔除預置雙J 管后，先以輸尿管硬鏡鏡檢，撤鏡置導絲，并在導絲引導下置入軟鏡導引鞘。軟鏡導引鞘頭端順利進入腎盂后，將纖維輸尿管軟鏡（OLYMPUS 公司）從導引鞘內逆行向上置入腎盂。結合術前基于三維重建數字模型制定的結石尋及路徑方案，實施鏡體進入腎盂后的旋轉及探進，直視下可快速準確尋及并確認目標腎盞與結石。通常使用200 μm 鈥激光光纖，設置參數為1.0 J/10 Hz，在目標腎盞內尋及結石后以光纖抵定結石將其擊碎。碎石結束后，重新置入導絲，撤鏡并退出導引鞘，常規留置雙J 管后結束手術。

B 組：予以傳統輸尿管軟鏡鈥激光碎石取石治療［1］，術前未行基于個體化三維數字CT 重建與導引系統的手術策略制定及術中尋石路徑測繪，其他操作同A 組。

1.5 觀察比較指標

主要比較指標如下：手術時間、尋及結石時間、術后住院天數、術中出血量以及結石清除率。結石清除率在術后4 周時計算評估，具體方法是通過復查上腹部平掃CT，結石完全清除的標準定義為未見結石殘留以及殘石碎片最大徑≤4 mm 的情況。

此外，圍手術期并發癥的比較和評估采用改良的Clavien-Dindo 分級系統［2］，Clavien-Dindo 分級＜Ⅲa 認定為輕度，Clavien-Dindo 分級≥Ⅲa 認定為中重度。在快速康復外科的理念引導下，我們還定量比較了兩組患者術后恢復的速度：具體方法是依據Karnofsky 體力狀況評分系統（0～100 分，分值越高提示體力狀況越好）［3］來評估術后一周的恢復狀況。

1.6 統計學方法

采用SPSS 20.0 統計軟件進行數據處理。非正態分布的計量資料以均數（范圍）表示，比較用秩和檢驗，符合正態分布的計量資料采用t檢驗；計數資料以百分率（%）表示，比較用χ2檢驗及秩和檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

與B 組患者相比，A 組患者平均手術時間（43.3 min vs.58.2 min,P＜0.05）、平均尋及結石時間（3.4 min vs.6.6 min,P＜0.05）、平均術后住院天數（3.2 d vs.5.5 d,P＜0.05）、圍手術期并發癥發生率（10.0%vs.14.3%,P＜0.05）均顯著下降，術后一周體力恢復狀況（89.8 分vs.82.5 分,P＜0.05）則顯著提高。結石清除率方面，兩組患者中均各自有3例在術后4 周復查CT 時發現結石殘留跡象，兩組結石完全清除率并無顯著性差異（85.0% vs.85.7%,P＞0.05）。A 組1 例位于腎中盞，2 例位于腎下盞；B 組2 例為腎上盞，另1 例為腎下盞。

圍手術期并發癥方面，兩組均未發生Ⅲa 級以上的并發癥。兩組中共有5 例患者（A 組2 例，B組3 例）在術后48 h 內出現疑似尿源性膿毒血癥（寒戰發熱等）的前驅癥狀，給予升級抗生素抗感染及積極抗休克治療后，2 例患者癥狀均得以穩定。A 組患者的圍手術期并發癥發生率低于B 組（10.0%vs.14.3%,P＜0.05）。見表2。

表2 術中及術后指標比較

3 討論

時至今日，三維數字重建技術已經在臨床醫學的諸多學科和細分領域得以引入和應用，其突出的成像參考價值和輔助決策功能已逐漸得到各方的認可。

具體到泌尿外科學方面，特別是腔內泌尿外科領域，三維數字重建技術幫助展現腎盂輸尿管集合系統的開拓性工作，已在全球范圍內由諸多知名學者嘗試開展并多有報道。早在1999 年，數字泌尿仿真內鏡的概念就由TAKEBAYASHI［4］等首次提出，而這一理念的實踐正是基于CT 掃描圖像數據的分析處理得以實現的。2000 年，TAKEBAYASHI［5］教授團隊又繼續深耕該領域的探索，在全球范圍內率先報道了基于CT 數據的仿真輸尿管鏡技術，成為了其后二十余年該領域研發的先聲。隨著技術和設備的進一步快速發展，LIATSIKOS 等［6］在2005 年通過對腎盂腎盞集合系統CT 數據信息的三維數字重建，以內鏡腔內視角呈現出了一例患者上尿路集合系統的畸形。此后，上尿路集合系統的三維成像技術被迅速應用于泌尿系結石的診斷和治療評估。DALELA［7］教授團隊、PATEL［8］教授團隊等在經皮腎鏡手術治療腎結石患者前，依據CT 數據信息以三維數字重建模型配合仿真腎鏡技術，嘗試尋找最佳穿刺部位并設計最佳穿刺路徑，收到了良好的臨床效果。RASSWEILER［9］等更是運用增強現實技術在便攜式移動電子設備上嘗試實時輔助導航經皮腎鏡碎石取石手術的全過程，其應用前景之光明與廣闊，令人期待。

在本研究中，我們運用山西醫科大學第一醫院泌尿外科個體化三維數字CT 重建與導引系統獲得患者個體化三維數字仿真模型，可以幫助術者在術前精準定位目標腎盞，測繪尋石路徑，為后續的輸尿管軟鏡碎石術提供有力的數據支持。重建的三維數字模型能夠為術者高效且多樣化地呈現上尿路集合系統的空間解剖信息：既可以通過數據化的形式，如對輸尿管內徑、腎盂輸尿管連接部（UPJ）夾角、目標盞頸口徑等多項數據指標的準確測量體現，也可以通過全息直觀的三維脈管系統演示來體現。兩相結合可以使術者從不同層面、不同角度全面掌握針對個體患者的局部集合系統解剖特點，從而使術前手術方案的設計與術中具體操作的決策更加實證與精確。

綜上所述，三維數字重建規劃技術可幫助術者在輸尿管軟鏡聯合鈥激光治療腎盞結石前，完成對腔內結石的空間精準定位工作，并先期制定個性化的具體手術策略，使術中尋石過程更為順暢，手術效率得以有效提升，有利于患者術后快速恢復，值得在臨床上予以推廣應用。