計算機圖像導航技術在腎輸尿管重復畸形臨床治療中的應用

錢為特，周偉中，夏立廣，陳聰德

溫州醫科大學附屬第二醫院育英兒童醫院 兒童泌尿外科 溫州市兒童泌尿生殖系統疾病重點實驗室，浙江 溫州 325027

腎輸尿管重復畸形是先天性腎臟及泌尿系異常疾病的常見畸形之一，其發病率約為0.8%[1]。由于不同腎輸尿管重復畸形解剖結構存在多樣性，缺少精準的術前分析工具，導致臨床醫師在術中的操作存在一定的不確定性，增加手術風險。國外常用的Amira軟件（Visage Imaging公司），操作方便，臨床醫師可自助式、快速便捷地構建腎輸尿管重復畸形的三維影像，同時結合3D打印技術，提供直觀、超強視覺感官的術前評估體驗。筆者通過選擇不同類型腎輸尿管重復畸形病例進行嘗試運用，從而探索立體圖像導航技術在兒童腎輸尿管重復畸形的臨床應用價值。

1 資料和方法

1.1 臨床資料 檢索2015年7月至2022年1月在溫州醫科大學附屬第二醫院育英兒童醫院進行手術的先天性腎輸尿管重復畸形病例，進一步篩選曾進行CT檢查的病例23例，收集所有病例的臨床病史及影像學資料。選取病例中，男5例，女18例；年齡2月齡至13歲，平均年齡（2.2±3.0）歲；單側畸形20例，雙側畸形3例。并發腎積水14例，輸尿管囊腫10例，膀胱輸尿管反流6例。其中15例在術前進行，8例在術后進行。

1.2 研究方法

1.2.1 Amira軟件三維重建：通過本院PACS系統（picture archiving and communication system）獲取對應病例相關CT影像學資料，導出資料為jpg格式，記錄相關物理參數（長、寬、厚）。將不同強化期的圖像導入Amira軟件中，通過閾值自動分割法對目標臟器進行初次分割；在Segmentation內通過Threshold對排泄期影像資料閾值在200～255之間的部分進行選取，獲得骨骼、腎臟、輸尿管等高亮組織的粗略構造；通過圖像交互分割方法（手 動），選取目標組織并去除干擾組織（見圖1）。通過上述方法對重復腎、重復輸尿管、動靜脈、肝臟、脾臟、膀胱等進行選取，最終通過Amira中Surface模塊完成選取目標的三維重建。將多個強化期選取的三維重建圖像進行整合處理。

圖1 Amira軟件三維重建圖像

1.2.2 3D打印：將Amira整合后的三維圖像導出為STL格式，將STL文件導入QiDi公司X-one2打印機系統，設置打印層高厚度為0.2 mm，并規劃合適模型大小。選用直徑1.75 mm生物可降解材料，進行相關三維重建模型的3D打印，構建立體結構模型，見圖2。

圖2 通過QiDi Print系統對目標模型進行3D打印

1.2.3 運用對比：選取手術難度較高且采用最廣泛的重復腎半腎切除方式作為研究對象。15例術前重建病例中8例為重復腎半腎切除，以此8例為重建組。同時隨機抽取本院術前未進行重建病例為未重建組，比較兩組手術時間、術中出血量，評估三維重建及3D打印技術在兒童重復腎手術治療中的臨床應用價值。未重建組納入標準：①僅以重復腎半腎切除為治療方式；②不合并其他系統疾病。

1.3 統計學處理方法 使用SPSS27.0統計軟件進行數據分析。正態分布資料以±s表示，采用獨立樣本t檢驗；非正態分布資料以M（P25，P75）表示，采用Mann-WhitneyU檢驗。計數資料采用χ2檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

運用Amira軟件對23例病例CT影像資料中動脈期、靜脈期、延時期，不同時相期圖像進行整合后，將腎臟、輸尿管、血管等進行分割與整合，獲得腎輸尿管重復畸形三維重建圖像。對照三維重建圖像與3D模型，兩者均能完整展示腎輸尿管以及周圍血管等的解剖細節，與術前傳統的二維影像學表現相比能更為直觀地展示輸尿管重復畸形部分。

選取其中3例在解剖結構上具有代表性的病例進行展示：病例1（見圖3），患兒，女，3歲，完全性重復輸尿管，因“反復尿路感染2年余”入院，影像診斷：雙側腎輸尿管重復畸形。病例2（見圖4），患兒，男，7月齡，Y型重復輸尿管，因“右腎積水進行性加重10個月余”入院，影像診斷：雙側腎輸尿管重復畸形、右側下位腎積水。病例3（見圖5），患兒，女，7歲，異位輸尿管開口，因“腹痛伴發熱1 d”入院，影像診斷：右側腎輸尿管重復畸形、輸尿管擴張、異位輸尿管開口可能。

圖3 3歲女性腎輸尿管重復畸形（完全型）患兒資料展示

圖4 7月齡男性腎輸尿管重復畸形（Y型）患兒資料展示

圖5 7歲女性腎輸尿管重復畸形（異位輸尿管開口）患兒資料展示

重建組男1例，女7例，平均年齡（3.2±4.1）歲，未重建組男2例，女6例，平均年齡（2.9±4.7），兩組年齡和性別差異無統計學意義（P=0.875、0.522）。針對常見的半腎切除手術方式，重建組平均手術時間為120.0（114.0，144.0）min，與未重建組的200.0（162.0，221.3）min比較，差異有統計學意義（P=0.002）；重建組術中出血量為6.0（5.0， 9.3）mL，與未重建組的15.0（12.5，16.8）mL比較，差異有統計學意義（P=0.001）。

3 討論

腎輸尿管重復畸形主要由于在胚胎發育過程中調控輸尿管出芽的GDNF/Ret信號系統出現異常，引起輸尿管的異位出芽，最終導致腎臟及輸尿管數量異常[2]。腎輸尿管重復畸形臨床類型多變，根據重復輸尿管解剖形態及走行，分為完全型與不完全 型[3]。由于該病常常伴有泌尿系積水、尿路感染、腎功能損傷等情況[4]，往往需要手術解決。但是重復腎解剖特點存在明顯個體差異，特別是存在血管變異[5-7]、上下級腎分界不清、輸尿管走形異常等，在術中會給術者造成很多困擾。因此，術前如何高效、準確地獲取重復腎與周圍組織毗鄰關系、重復輸尿管與正常輸尿管之間的走行關系以及腎臟血管變異情況等對于手術成功尤為重要，也是該類手術目前面臨的主要問題。

傳統兒童腎輸尿管重復畸形術前評估主要依靠影像學資料，且主要以二維圖像為主，相對于三維圖像缺少立體效果及真實視覺體驗，無法指導外科醫師進行非常精準的解剖分析[8]。此外，泌尿系CT掃描和泌尿系核磁共振水成像三維重建存在耗時長、檢查費用高等缺點。隨著計算機技術的發展，將影像學資料處理，獲得三維可視化的呈現得到特別關注[9]。而3D打印技術作為三維重建技術的進一步延伸，通過支撐材料將獲得的三維重建圖像更立體、直觀地呈現出來，更具象化地展示體內各種組織[10-11]。Amira軟件為國外臨床常用三維重建軟件，存在功能豐富、構象準確、快速的優勢[12]，該軟件在骨科、心臟、神經等多個學科均有所運用，但在兒童泌尿系統結構畸形領域應用較少，特別是針對重復腎的應用鮮有報道[13-15]。

我們運用Amira軟件對23例兒童腎輸尿管重復畸形病例進行自助式三維重建圖像，去除組織閾值相近的干擾組織，構建出傳統影像三維重建圖像無法清晰顯示的部分。對三維重建后圖像，可以進行旋轉、切斜、放大、縮小等操作，從不同方向、不同層次觀察目標組織。通過建立多個分項，對三維重建后的圖像有選擇性地進行部分組織的隱藏或添加，在保證獲得全面總體組織認知的同時，做到術前目標組織的突出強調。外科醫師僅需半小時即可完成相關目標的提取與成像，相較于影像科醫師的常規操作，可以大大縮減術前評估等待的時間，同時結合3D打印技術在2～3 h內即可獲得目標模型的打印。本研究多個模型均很好地展示了腎輸尿管以及周圍血管等的解剖細節，對手術精準解剖有極強的指導作用。術中正常腎臟與積水擴張組織的邊界區分、輸尿管走形情況等與術前評估均能得到高度契合。術中手術邊界的確認相較于傳統影像學圖像更為精準，更大程度上幫助外科醫師規避手術風險[16]。本研究比較了重復腎半腎切除術術前進行重建患者和未重建患者的手術時間和術中出血量，結果顯示，術前進行三維重建可以縮短手術時間并減少術中出血量。當然，該技術不僅可為外科醫師術前術中的解剖評估提供幫助，而且作用貫穿整個腎輸尿管重復畸形診療過程，包括增加臨床教學模式的多樣性及術前家屬告知的準確性等[17]。

綜上所述，計算機圖像整合技術在兒童泌尿外科的應用尚處于摸索階段，針對腎輸尿管重復畸形病例，通過醫師自助操作的Amira軟件快速構建三維重建圖像，同時結合3D模型打印，可為手術解剖提供精準的指導。