经皮肾精准穿刺技术相关进展

2022-03-24庄浩铨徐煜宇徐桂彬

现代泌尿外科杂志 2022年2期

庄浩铨，徐煜宇，徐桂彬

(广州医科大学附属第五医院泌尿外科，广东广州 510700)

泌尿系结石是泌尿外科常见病、多发病之一，其发病率和流行率呈上升趋势[1]。经皮肾镜取石术(percutaneous nephrolithotomy，PCNL)是治疗直径≥2 cm的肾结石的“金标准”[2-3]。建立皮肾通道是经皮肾镜取石术过程中最重要、最困难的步骤之一。通过精准定位和实时导航穿刺，安全快速准确地建立皮肾通道，可以缩短手术时间，降低手术出血风险，避免周围脏器损伤，减少术后并发症发生[4-5]。目前，建立皮肾通道最常见的方法是通过X线和B超进行定位和穿刺[6]，但是这两种方式的学习曲线较长[7]，且在术中仅能提供二维图像，信息有限，缺乏空间立体感，因此经常需要在术中进行多次定位或反复穿刺，增加手术时间，甚至还会提高并发症的发生风险[8-9]。

随着导航软件的开发和成像技术的进步，多种新的穿刺辅助工具和精准穿刺方法开始步入我们的视野，经皮肾穿刺技术也有了长足的发展，为实现精准穿刺提供了更多的选择。本文将对目前出现的经皮肾精准穿刺技术进行介绍。

1 基于标记的iPad辅助穿刺系统

该技术主要通过3D重建技术结合现实虚拟技术实现精准穿刺。患者在术前计算机断层扫描(computed tomography，CT)时需要在患肾周围皮肤放置不透射线的标记物，完成CT检查后通过软件对肾脏及周围解剖结构进行图像重建，实现解剖细节的3D转化。服务器进行快速图像流处理，同时电脑实时计算和渲染形成增强现实图像，最后传输到iPad进行图像合并[10]。通过基于标记的iPad辅助导航系统，可以实现解剖的现实增强转化，不仅可提高穿刺的精准度和安全性，还可以实现病变位置具体解剖关系的可视化。另外，该系统的应用不会改变肾结石治疗的临床处理流程[11]，可以直接加入到肾结石治疗过程中，具有较强的适用性。

RASSWEILER等[12]在2例肾结石患者身上应用基于标记的iPad辅助导航系统进行PCNL精准穿刺，均能做到一次性穿刺成功，而且术中实现解剖细节的3D化有助于提高穿刺效率。然而，RASSWEILER-SEYFRIED等[13]对22例患者进行iPad辅助下PCNL精准穿刺，并与标准PCNL穿刺法进行比较，发现两者一次性穿刺成功率没有明显差异，但在穿刺时间和辐射暴露这两项指标的比较上，iPad辅助穿刺不如标准PCNL穿刺法，这可能与软件的技术问题和医生掌握新技术的能力有关系。

目前，这套穿刺系统主要的问题在于软件的技术限制，比如无法实时融合图像等，另外，现实虚拟技术的精准实现需要患者处于固定状态，尽可能使穿刺期间与CT扫描期间都保持在同一呼吸状态，这对于心肺功能欠佳患者有一定应用限制。基于标记的iPad辅助穿刺系统可以实现解剖细节3D化，提高穿刺效率，且具有移动性高、适用性强等优势，但存在软件技术限制、辐射暴露较大、缺乏临床验证等问题。

2 可视化穿刺系统

德国研究发明一种可视性经皮肾穿刺针，针尖配备的光学影像系统可以实现直视下观察穿刺进针过程，最早由DESAI等[14]应用于临床。

BADER等[15]结合B超引导，应用可视经皮肾镜穿刺针，通过监视系统可直接观察到穿刺针所经过的解剖层面，术者可以及时避开可能导致出血的高危区域，防止误穿及损伤重要组织和血管，使穿刺精准化，提高通道扩张的安全性，大大降低PCNL在建立皮肾通道时造成的出血、假道及脏器损伤等并发症。

JIANG等[16]通过随机对照试验发现治疗≤2 cm的肾下盏结石，对比输尿管软镜，应用可视化穿刺系统可以对穿刺的解剖层面实时监控，避开血管，选择合适的角度和路径进入肾盂，安全有效建立皮肾通道，降低了手术风险，缩短了手术时间。

可视化穿刺系统治疗上尿路结石安全有效，具有穿刺精准、扩张准确、损伤小、出血少、无辐射等优点，且易于掌握，为手术医生开展经皮肾镜手术提供了一个安全高效的选择[17]。但是，该系统对操作者的手术经验要求较高，且无法显示穿刺路径，其可行性仍需要进一步的研究验证。

3 Uro-Dyna-CT辅助穿刺技术

Uro-Dyna-CT是CT影像学技术结合三维重建技术的再应用，通过术前及时获取CT三维图像[18]，图像数据重建以及3D成像和后处理[19]，调整设定穿刺目标和确定穿刺路径，结合激光引导进行精准穿刺[20]。

RITTER等[21]在一项体外实验中应用Uro-Dyna-CT系统对肾脏模型成功完成精准穿刺，证明了其可行性，平均穿刺时间为4.6 min。后来，该团队又应用该技术对12例解剖结构复杂且穿刺难度较大的患者进行精准穿刺[22]，这12例患者中有9例成功完成穿刺，平均穿刺时间为60 s。

Uro-Dyna-CT具有3D成像、精准度高、快速、安全等优势，可以作为PCNL治疗复杂肾结石的辅助工具，但也有花费成本高[23]、缺乏软组织成像、辐射暴露增加等缺点[22]，且该技术的实现需要患者在CT扫描时与穿刺时保持呼吸状态一致。另外，该系统的操作对手术医生和助手的要求较高，需要进行一定的培训。

4 电磁跟踪(electromagnetic tracking，EMT)系统

EMT的原理是利用发生器制造电磁场，将输尿管支架管放置在肾盂输尿管连接处，穿刺针和输尿管支架管前端都带有电磁传感器，电磁传感器的信号在电磁场内可以被接收并记录[24]。穿刺针和支架管的电磁传感器会根据彼此的相对方向和位置信息实时创建一条虚拟路径，使用3D Puncture软件还可以显示虚拟3D穿刺路径。

该系统最早应用于猪的体外模型和体内模型[25-26]，都证实了EMT可以减少穿刺次数、缩短手术时间，实现精准穿刺。EMT首次应用于临床是对10例患者进行电磁引导穿刺，平均穿刺时间为20 s[27]。10例患者均能做到一次性穿刺成功，且没有X线辐射暴露，也没有穿刺带来的并发症。在手术中，患者可以取仰卧位，并实现输尿管镜和经皮肾镜相结合的治疗模式。

EMT可以实时显示穿刺路径，并将图像进行3D转化，实现精准快速穿刺，同时具有无辐射暴露，学习曲线短的优势，但EMT也有其缺点：①无法实现穿刺过程中周围解剖结构的可视化；②EMT容易受到如手术台或电动仪器等外界物体的电磁影响；③电磁跟踪和距离有关系，距离越远，信号消减越大，对于肥胖患者EMT效果如何还需要进行进一步的试验；④肾铸型结石会影响电磁传感器的放置，EMT对将来实现肾铸型结石患者的精准穿刺还需要进一步的技术改进；⑤放置电磁传感器对人体是否会产生有害影响还需要进一步研究。

5 3D打印技术

3D(3-dimension)打印技术，是一种通过影像学扫描收集物体结构信息后传输到3D打印机进行连续打印并快速成型的技术[28-29]。3D打印技术可以对个体化的器官进行复制重建，提供全面的肾脏与结石的空间关系，从而辅助实现精准穿刺。3D模型具有高保真度及良好的内容效度和结构效度，可以复制重建肾脏与结石空间结构和空间关系，辅助实现经皮肾取石术的精准穿刺[30]，还能促进术前规划、重建手术等领域发展，同时，也为外科技能的培训和评估提供了一个更全面的工具[31]。

XU等[32]应用该技术对12例肾铸型结石患者进行穿刺引导，证实了应用3D打印技术打印肾脏-结石模型有助于手术医师了解肾脏三维结构，有效提高经皮肾取石术的穿刺精准度和清石率。目前，3D打印技术应用于临床的样本量较小，其效果仍需更大样本量及多中心临床研究的进一步证实，而且该技术还存在费用较高、耗时较长、需要专业人员配合等限制。

6 Sonix GPS导航系统

Sonix GPS导航系统是利用定位系统跟踪带有传感器的穿刺针的位置，结合B超图像进行精准穿刺。该系统利用电磁发射臂制造电磁场，穿刺针设计为中空结构，内部可插入电磁探针，其电磁信号可以被捕获。进行穿刺时，用B超实时显示最佳穿刺平面，用Sonix GPS系统定位探针，不断调整针的位置、深度和角度，从而对目标肾盂实现精准穿刺[33]。

LI等[34]采用Sonix GPS导航系统对37例肾结石患者进行精准穿刺。结果显示，相较于常规B超引导穿刺而言，Sonix GPS导航系统引导穿刺更快、更精准，一次性穿刺成功率更高，术后并发症发生率更低。实验还表明，可以通过移动针头来实现与目标穿刺路径对齐，能了解穿刺的不同平面，并不需要过于依赖B超操作经验，这与常规B超下穿刺要求超声图像与穿刺针一直处于同一个平面不同，降低了操作难度，缩短了学习曲线。

Sonix GPS导航系统能实时显示穿刺路径，实现对复杂肾结石的精准穿刺，且无辐射暴露，学习曲线短，除此之外，该系统使用非一次性耗材，与传统PCNL相比，不会显著增加住院和手术的费用，但与目前该系统相关的临床试验较少，其安全性和可行性仍有待进一步验证。

7 姿态跟踪系统

姿态跟踪(attitude tracking)系统主要是利用加速度计来确定超声波探头与穿刺肾盂的相对位置关系，从而实现精准穿刺。进行穿刺时，利用B超扫描显示出目标肾盂的边界并记录超声探头的角度和位置，系统通过计算，确定B超能准确扫描出目标肾盂中心时探头的角度和位置，再辅以针头引导器实现精准穿刺。一项体外模型试验显示，与未使用姿态跟踪系统相比，使用该系统进行穿刺的穿刺时间更短，距离目标中心的偏差更小[35]。另外，姿态和运动跟踪还可以在腹腔镜手术中对外科医生进行评估和培训[36-37]。目前，姿态跟踪技术尚未成熟，在PCNL精准穿刺领域的应用还处于试验阶段。

8 总结与展望

在PCNL治疗肾结石的手术中，精准穿刺技术的应用具有光明的前景。基于标记的iPad辅助穿刺系统、可视化穿刺系统、Uro-Dyna-CT、电磁跟踪、3D打印技术、Sonix GPS导航系统、姿态跟踪等都有助于实现PCNL的精准穿刺，从而降低手术风险，减少术中出血。这些精准导航穿刺方法有各自的优点和缺点(表1)，未来仍需要大量的试验和研究对其安全性和有效性进行系统比较。