CT三維重建結合MR技術在腎腫瘤保留腎單位腎部分切除術診斷和治療中的應用研究

馬智勇，才 華，左宏超，狄 雷，谷一鳴，鄭宗宇，王偉剛*

(1.吉林大學第一醫院 泌尿外二科，吉林 長春130021；2.長春理工大學電子信息工程學院；3.長春智一光電有限公司)

腎臟腫瘤診斷依賴計算機斷層掃描(CT)尤其是增強CT[1]。在手術前，經常要行CT血管造影(CTA)檢查，以明確是否存在腎臟動脈或靜脈的血管畸型，動脈與靜脈的上下關系，減少手術風險。但是，在臨床實踐中，經常會遇到腎臟或腫瘤與周圍組織粘連嚴重，分離困難的情況。此時，如果能迅速找到腎臟動脈的主干將會大大降低手術難度，然而僅依靠增強CT或CTA不能完全達到立體呈像的要求，醫生術中仍須依靠經驗及耐心一點點摸索前行，有時就會引發大出血，嚴重時會危及病人生命。XR擴展現實(extended-range)是虛擬現實(VR)、增強現實(AR)和混合現實(MR)的統稱[2]。MR介于VR和AR之間，在虛擬世界、現實世界和用戶之間，利用數字技術實現實時交互的復雜環境[3]。本研究納入吉林大學第一醫院泌尿外二科于2020年1月至2022年1月64例腎腫瘤保留腎單位腎部分切除術(NSS)患者，研究CT三維重建結合MR技術在腎臟腫瘤診斷和NSS手術臨床應用中的價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇2020年1月-2022年1月在吉林大學第一醫院泌尿外二科治療的腎腫瘤患者64例，均行NSS手術。患者術前隨機分為二組。應用MR技術的患者為MR組，32例，其余32例為對照組。MR組男性20例，女性12例，平均年齡48.0±5.7歲，左腎腫瘤18例，右腎腫瘤14例，腫瘤大小平均2.8±0.9 cm。對照組男性18例，女性14例，平均年齡50.1±6.4歲，左腎腫瘤21例，右腎腫瘤11例，腫瘤大小平均2.7±0.7 cm。入選標準：腫瘤直徑小于5 cm；首次發病；腫瘤界限清晰。排除標準：腫瘤直徑大于5 cm；復發腎臟腫瘤；凝血機制異常；嚴重心腦血管疾病。2組患者一般資料比較差異沒有統計學意義，見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法

1.2.1術前常規檢查 收集入組者所有臨床資料，包括病史、實驗室檢查、影像學檢查。實驗室檢查包括血常規、尿常規、凝血常規、血型、肝功、腎功、空腹血糖。影像學檢查包括肺CT、腎臟CT平掃加上三期增強。

1.2.2MR技術在腎臟腫瘤診斷中的應用 將所有患者腎臟增強CT數據重構，導出為DICOM格式，通過虛擬仿真技術對斷面圖像分割處理，使用閾值與區域生長的圖像分割方法提取重建組織，并定義相應解剖部位的顏色，使得呈現出來的人體結構具有高度的逼真感。三維圖像經過三維軟件編程后導出，通過MR眼鏡微軟Hololens2可以直接操作觀看。重建后的腎臟可三維立體呈現，腎盞、血管以及腫瘤(占位)的顏色不同以便區分[4-5]。在腎臟腫瘤分期中，MR技術有助于分辨腫瘤是否侵及脈管及腎周脂肪。如果有患者腫瘤侵及脈管及腎周脂肪則需排除本研究。

1.2.3MR技術在腎臟腫瘤治療中的應用 術前醫生可以通過MR眼鏡微軟Hololens2可以直接操作觀看，通過手勢操作，隱藏遮擋肋骨及臟器，顯露腫瘤與血管結構，預先進行虛擬腫瘤切除。確定切除范圍，依靠三維重建系統軟件生成相關定量數據，計算預切除腎臟組織體積。根據腎臟解剖與腫瘤情況，判斷腎臟切除范圍 及安全界限。明確手術切面及入路，判斷該切面中可能包含的重要血管，可根據三維模擬手術隨時調整手術方案。

XR術中可視化，術中實際解剖結構與全息三維圖像配準，辨別腎集合系統及腎動脈位置。醫生可通過微軟Hololens2眼鏡觀看重建的病灶與器官的三維虛擬影像。

1.2.3治療方法 所有患者手術均由同一名泌尿外科醫生完成。病人均行后腹腔鏡保留腎單位腎部分切除術。術中采用3枚通道，1枚置入腹腔鏡，2枚為操作通道。術后留置1枚引流管。

1.2.4術中及術后觀察指標 觀察手術時間、術中出血量、住院時間、離床活動時間、手術前后腎功變化、術后并發癥、住院費用等指標。

2 結果

CT三維重建結合MR技術組手術時間91.5(78.0，157.0)min，對照組為124.5(89.0，242.0)min，差異有統計學意義(P<0.001)。CT三維重建結合MR技術組出血量56.0(30.0，150.0)ml明顯低于對照組85.0(32.0，320.0)ml(P<0.001)。CT三維重建結合MR技術組住院時間7.0(6.0，8.0)天，對照組10.0(7.0，20.0)天，CT三維重建結合MR技術組出院明顯早于對照組(P<0.001)。CT三維重建結合MR技術組離床活動時間3.0(3.0，5.0)天明顯早于對照組5.0(4.0，11.0)天(P<0.001)。手術前后腎功變化兩組間沒有顯著差異。CT三維重建結合MR技術組未出現術后并發癥，對照組1例術后第二天腎臟出血，行腎臟超選擇動脈栓塞后好轉。CT三維重建結合MR技術組住院費用(20454.0±1443.8元)低于對照組(20488.4±1752.5元)，但差異不顯著(P=0.932)。

3 討論

隨著生活水平的提高和科學技術的進步，人們對醫療水平的要求也不斷提高。醫學工作者需要不斷完善醫療設備，不斷提高手術技能以便滿足患者的要求。腎臟腫瘤保留腎單位腎部分切除術是泌尿外科領域的高難度手術[6]。他要求精準地找到腎動脈主干或所有分支血管，要求完整切除腫瘤，止血徹底，防止尿瘺及出血，盡量縮短血管阻斷時間。只有完美地解決上述問題，患者才能有最好的預后。以往醫生都是依據術前觀看的CT等影像資料，在頭腦中憑借經驗溝勒出術區腎臟、血管、腫瘤、腎盂等器官的大體情況，術中再仔細尋找這些參照部位[7]。有經驗的醫生尋找腫瘤及血管可能快一些，年輕醫生會慢一些，當遇到粘連嚴重，血管畸型等復雜病例時，風險就會明顯增加。如何有效地解決這些問題，醫學及各領域專家想出了許多辦法，其中就包括MR技術的臨床應用[8]。

表2 MR組與對照組術中及術后各指標比較

MR是XR擴展現實的一種。未來，人類的交互方式將由2D交互向更具效率的3D轉變。3D視覺交互系統則取決于VR、AR和MR的發展，這些技術統稱為擴展現實(XR)[2]。虛擬現實技術利用頭戴設備模擬真實世界的3D互動環境；增強現實則是通過電子設備將各種信息和影像疊加到現實世界中；混合現實介于VR和AR之間，在虛擬世界、現實世界和用戶之間，利用數字技術實現實時交互的復雜環境[9-10]。

本研究在該項目中應用MR技術主要解決以下幾個問題。(1)在術前，醫生可以通過MR眼鏡微軟Hololens2直接操作觀看，通過手勢操作，隱藏遮擋，顯露腫瘤與血管結構，對腫瘤的診斷及分期有重要意義；可以預先進行虛擬腫瘤切除，確定切除范圍，依靠三維重建系統軟件生成相關定量數據，計算預切除腎臟組織體積；根據腎臟解剖與腫瘤情況，判斷腎臟切除范圍及安全界限；明確手術切面及入路，判斷該切面中可能包含的重要血管，可根據三維模擬手術隨時調整手術方案。(2)XR術中可視化，術中實際解剖結構與全息三維圖像配準，辨別腎集合系統及腎動脈位置；醫生可通過微軟Hololens2眼鏡觀看重建的病灶與器官的三維虛擬影像，有效避免傷及腎臟集合系統及重要血管，防止術中術后大出血及尿瘺。

我國已有多家單位的泌尿外科在三維重建領域進行了有益的探索[4,11]。張江偉等運用三維重建技術進一步優化開放式活體腎移植供腎切取術[12]。三維重建組供者于術前通過獲取雙腎醫學數字成像和通信數據進行三維重建，并根據重建模型制訂手術方案或進行模擬手術。術后發現三維重建組供腎切取術手術時間短于傳統術式組，其術中出血量也少于傳統術式組。北京大學第一醫院李學松教授等結合CT三維重建及術中認知融合手術導航技術，幫助術者在復雜的瘢痕粘連中準確、高效地辨認輸尿管狹窄段且避免損傷周圍正常組織，取得了很好的效果[13]。本研究中我們也發現，MR組手術術中出血量也是明顯少于對照組。這說明術前及術中通過MR技術重建解剖標識對于手術操作是非常重要和有益的。

CT三維重建結合MR技術在臨床教學工作中也能夠起到非常重要的作用[14-15]。醫生的手術水平對于手術的成功至關重要，需要長期大量的培訓才行。但是實習醫生往往受到倫理和法律約束，缺乏手術實驗資源，很大程度受到時間和空間的限制導致復雜手術學習曲線長。三維影像重構可應用在虛擬仿真實驗教學中，它可提供眾多真實器官組織生物結構和生物力學特征的手術仿真場景。這樣可以讓醫生在無時間和空間限制的條件下反復進行手術訓練，可減少對患者造成醫源性傷害的潛在危險。不僅解決了醫學實踐教學資源短缺的問題，還彌補了以往教學的單一性、枯燥性，提高學生的學習積極性和主動性，具有較強的交互性、沉浸性等特征，促使學生在具體的操作中，達到“身臨其境”的體驗和感受。

總之，CT三維重建結合MR技術不僅在泌尿外科臨床實踐中起到重要作用，它在其它醫療領域也具有廣泛的應用前景。