数字肾精准定位内生性肿瘤在肾部分切除术中的应用

孙圣坤 黄自立 张磊 张旭

1中国人民解放军总医院泌尿外科 100853 北京2中国人民解放军总医院放射科



论 著

数字肾精准定位内生性肿瘤在肾部分切除术中的应用

孙圣坤1黄自立2张磊1张旭1

1中国人民解放军总医院泌尿外科 100853 北京2中国人民解放军总医院放射科

目的：介绍应用数字肾模型定位内生性肾肿瘤、实施肾部分切除手术的经验。方法：患者术前影像学检查明确诊断为内生性肿瘤，应用MIMICS软件重建数字肾模型，计算肿瘤距离肾脏上下极、外侧轮廓线的位置，得出定位数据。在手术中根据该数据定位肿瘤，行肾部分切除。结果：应用数字肾模型进行内生性肿瘤定位，与手术中实体所见高度吻合。结论：数字肾是内生性肿瘤行肾部分切除手术时进行定位的简单、有效手段。

数字肾；三维重建；肾肿瘤；内生性；肾部分切除术；保留肾单位手术；腹腔镜手术；虚拟现实

1 引言

肾脏肿瘤是泌尿系统常见疾病之一，肾部分切除术已成为治疗<7 cm局限性肾癌的标准治疗手段[1, 2]。内生性肿瘤由于肿瘤被正常肾组织完全包绕，不突出于肾脏实质表面，因此从外观很难判断肾肿瘤位置，术中需要腔内B超等特殊设备辅助。这种类型肾肿瘤行肾部分切除时具有很大的挑战性[3]。

我们于2012年提出数字肾概念，利用患者腹部图像数据在个人电脑上进行肾脏的三维重建，形成具有患者个体疾病信息的数字肾并将其应用于腹腔镜微创手术中[4]。近期研究发现，数字肾模型应用于内生性肿瘤，能够精准定位肿瘤，不需要使用术中B超等特殊设备，大大简化了这类肿瘤进行肾部分切除术的手术步骤，国内外均未见报道，现报告如下。

2 方法

2.1 数字肾模型的建立

按照此前报道的方法[4]，将DICOM格式文件导入MIMICS软件中，按照动态区域生长法(dynamic region growing)建立数字肾模型并完成肿瘤部位的三维重建。将数字肾透明显示，即可清晰显示其内部的肿瘤(图1)。

图1 建立的数字肾模型

2.2 数字肾定位肿瘤

以肿瘤下极距离肾表面投影点为原点(标记为O点)，肾脏外侧轮廓线命名为L线。为最大程度与实体匹配，考虑到肾脏表面的曲面，在数字肾表面计算距离。执行 “在表面测量距离(measure distance over the surface)”命令，沿数字肾表面测量O点至L线的最短距离(交点标记为C点)，再以肾上极为原点(标记为P点)，在L线上，测量线段PC长度。得到肾肿瘤定位数据为OC：19 mm，PC：52 mm，即表明肿瘤下极距离肾上极52 mm、肾脏外侧轮廓线旁19 mm(图2)。

图2 数字肾模型定位内生性肿瘤

2.3 腹腔镜下定位肾肿瘤

腹腔镜下剥离肾脏表面脂肪，将肾脏裸化，找到肾动脉。充分显露肾脏上下极、侧面轮廓。置入软标尺，按照数字肾定位数据，在实体上标记出肾肿瘤所在位置。

2.4实施腹腔镜肾部分切除术

阻断肾动脉后，沿标记部位切开进入肾实质，显露出肾实质内隐藏的肿瘤, 在假包膜外进行切除，完整切除肿瘤和周围正常肾脏组织，缝合创面后松开血管阻断钳。

3 结果

应用数字肾模型，准确定位肿瘤，在相应位置切开肾实质即可见肿瘤，因此不需要术中B超定位，完整切除完全内生性肿瘤(图3)，病理结果为透明细胞癌，切缘周围见正常肾组织。

图3 完整切除的内生性肿瘤

4 讨论

内生性肾肿瘤是指完全被正常肾脏组织包绕的肿瘤[5]。内生性肾肿瘤进行肾部分切除是当前肾癌手术的难点之一，其主要困难就在于术中定位肿瘤。采用术中B超检查是发现内生性肿瘤的主要方式。B超能够相对准确地判断肿瘤边缘，但需要专用的腹腔镜超声探头等昂贵设备，并要求术者具备丰富的B超影像知识。术中超声在肿瘤切除时无法使用，在腹腔镜手术中空间有限的情况下有时会影响手术操作[5]。采用机器人辅助腹腔镜手术时，还要将腔内超声图像整合到机器人三维图像中供术者阅读，这无疑需要更为复杂的技术和设备。

基于术中B超的限制，有学者探讨了其他术中定位方法。Simpfendörfer等报告应用术中CT导航技术对内生性肾肿瘤实施肾部分切除获得成功[6]，Furukawa等[7]应用实时三维导航系统TileproTM，将肿瘤和血管的三维影像整合入机器人手术操纵台，有助于肿瘤的发现和精确切除。研究发现，注射吲哚青蓝染料后的近红外线荧光成像有助于术中发现肿瘤的血管。Tobis等观察到肾脏恶性肿瘤为低荧光显像，而正常肾组织为等荧光显像或低荧光显像，该技术更适用于发现外生性肿瘤，而对于内生性肿瘤，由于表面仍然有正常的肾组织，因此效果并不满意[8]。上述技术均对术中肿瘤定位做出了有益的探索，但是操作步骤繁琐，并且均需要借助特殊的设备甚至专用的手术室，在国内多数医院不具备类似条件，推广应用前景有限。

数字肾是中国学者在国际上提出的原创性概念，其通过数字技术将人体肾脏结构的形态和物理过程用数学方法进行精确描述，并建立相应的、等效意义上的数字模型，使肾脏结构数字化、可视化[9]。数字肾提供了一个术前规划和模拟剖切的平台，在保留肾脏手术中具有广阔的应用前景。

应用数字肾定位内生性肾肿瘤有两个关键性环节。首先，应用MIMICS软件建立数字肾模型，并在数字肾上进行肿瘤的精确定位。我们采用肾脏表面明显的解剖标志如肾脏两极、外侧轮廓线作为定位的参考标志。肾脏表面为弧形曲面，数字肾可以很方便地在曲面上计算距离，与手术中实际观察到的高度吻合；其次，在腹腔镜手术视野下，能准确识别相应的肾脏解剖标志，尤其是肾脏侧面轮廓线。肾部分切除手术一般要求将肾脏表面脂肪剔除，将肾脏完全裸化，这有助于肾脏定位标志的显露，但仍然需要术者对局部解剖细节的充分掌握。

本研究表明，将数字肾技术充分应用于术前规划和手术中指导，不需要依赖术中超声等昂贵、复杂设备，不需要图像整合等复杂技术，可准确定位完全内生性肾肿瘤并切除，具有很强的推广应用价值。

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[3]Komninos C, Shin TY, Tuliao P, et al. Robotic partial nephrectomy for completely endophytic renal tumors: complications andfunctional and oncologic outcomes during a 4-year median period of follow-up. Urology, 2014,84(6):1367-1373.

[4]孙圣坤,徐阿祥,张旭. 数字化肾脏及其应用.中国数字医学,2013,8(9):76-79.

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[6]Simpfendörfer T, Gasch C, Hatiboglu G, et al. Intraoperative CT-Imaging for navigated laparoscopic renal surgery: first clinical experience. J Endourol, 2016.[Epub ahead of print]

[7]Furukawa J, Miyake H, Tanaka K, et al. Console-integrated real-time three-dimensional image overlay navigation for robot-assisted partial nephrectomy with selective arterial clamping: early single-centre experience with 17 cases. Int J Med Rob, 2014,10(4):385-390.

[8]Tobis S, Knopf JK, Silvers C, et al. Robot-assisted and laparoscopic partial nephrectomy with near infrared fluorescence imaging. J Endourol, 2012,26(7):797-802.

[9]Shengkun Sun, Guangfu Chen, Xu Zhang. Digital kidney for planning in laparoscopic partial nephrectomy. Information Technology in Medicine and Education (ITME), 2012 International Symposium on.

Digital kidney assisted accurate localization of endophytic renal tumor during partial nephrectomy

Sun Shengkun1Huang Zili2Zhang Lei1Zhang Xu1

(1Department of Urology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China;2Department of Radiology, Chinese PLA General Hospital, )

Sun Shengkun, ssk301@sina.com

Objective: To introduce the experience of digital kidney in localization of endophytic renal tumor during partial nephrectomy. Methods: Preoperative image showed an endophytic renal tumor. Digital kidney was reconstructed by MIMICS. The tumor was localized by calculating the distance from tumor to the upper or lower pole of the kidney as well as the outline of the lateral kidney. The data was utilized during laparoscopic surgery to localize the tumor and partial nephrectomy was performed. Results: Digital kidney can localize accurately the endophytic renal tumor, and coincide with the reality. Conclusions: Digital kidney is a simple and reliable method to localize the endophytic renal tumor during partial nephrectomy.

digital kidney; 3-dimentional reconstruction; renal tumor; endophytic; partial nephrectomy; nephron sparing surgery; laparoscopic surgery; virtual reality

国家高新技术研究发展计划(2014AA0206071)

孙圣坤，ssk301@sina.com

2016-09-07

R737.11

A

2095-5146(2016)05-285-03