术前三维数字重建规划技术在输尿管软镜钬激光碎石术治疗肾盏结石中的应用*

陈维刚，赵伟，赵兴旭，双卫兵，原小斌

（1.新疆生产建设兵团第六师医院 泌尿外科，新疆生产建设兵团 五家渠市 831300；2.山西医科大学第一医院 泌尿外科，山西 太原 030001）

近二十年以来，随着腔内微创泌尿外科事业的不断发展，上尿路结石治疗领域的技术迭代与更新速度令人印象深刻。输尿管软镜技术问世后，其在肾盏结石（caliceal lithiasis）腔内治疗领域中的独特临床应用优势，正在全球范围内得到越来越多泌尿外科学者的认可。但另一方面，由于患者肾盏解剖结构的个体化独特性及复杂性特点，常常存在术中难以准确定位结石、容易引起术中副损伤、初学者学习曲线较长、技术难以掌握等一系列问题。研究发现，输尿管软镜通过人体泌尿系统的自然通道进入上尿路集合系统后，辅以激光能量平台，可在完成碎石取石的同时，避免形成非自然穿刺腔道，但术后尿源性脓毒血症的发生率也随着手术时间和术中肾盂高压状态持续时间的延长而相应增加，且存在结石残留风险，故在输尿管软镜治疗肾盏结石过程中建立快速精准定位、个体化的治疗体系，对于缩短手术时间、提高手术效率并减少因手术时间延长导致的相关并发症风险至关重要。

2021 年1 月以来，第六师医院泌尿外科在山西省第四批援疆干部人才帮扶协助下，运用山西医科大学第一医院泌尿外科个体化三维数字CT 重建与导引系统，对20 例肾盏结石患者在术前实施64 排泌尿系平扫+增强CT+CTU 尿路成像（CT Urography,CTU）扫描所得到的原始影像数据进行三维重建后处理，并先期制定个性化的具体手术策略，测绘输尿管软镜钬激光碎石取石术中寻石路径图，效果满意。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料

2018 年6 月至2021 年6 月间，在第六师医院泌尿外科由陈维刚副主任医师实施的输尿管软镜钬激光碎石术治疗肾盏结石的患者共计49 例。从2021 年1 月之前采用纤维输尿管软镜钬激光碎石取石术的29 例患者中选取出21 例作为对照组（B组）；从2021 年1 月之后针对拟接受输尿管软镜钬激光碎石取石术20 例患者作为研究组（A 组），并常规在术前运用个体化三维医学影像重建与导引系统（3D-MIRGS）进行手术设计及规划。两组一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。见表1。

表1 两组患者一般资料比较

1.2 确诊方法及术前准备

所有患者在术前均通过64 排泌尿系平扫+增强CT+CTU 检查确诊并评估。术前提示尿路感染或菌尿症的患者则暂缓手术，并根据药敏结果以针对性敏感抗生素治疗，化验转阴后再择期手术。

1.3 三维数字重建技术方法

1.3.1 获取CT 扫描原始数据 分期完整采集皮质期、髓质期及排泄期的DICOM（digital imaging and communications in medicine,DICOM）格式数字影像数据（像素大小0.976 6 mm，层厚0.625 mm）。

1.3.2 个体化三维数字CT 重建与导引系统图像后处理 把每位患者的三期CT 扫描数据导入个体化三维数字CT 重建与导引系统平台，对数字化图像进行配准操作后，依据不同组织间灰度梯度，以自动算法结合手工调校的方式，实现三期组织器官结构的三维空间建模与同期展示。由于肾盂集合系统以及结石形态和位置的显影成像主要依据排泄期CT 数据，因此该时相的后处理工作显得尤为重要和关键。

1.3.3 个体化三维数字模型的定量观测 个体化三维数字CT 重建与导引系统平台可实现所建模型的全方位任意角度缩放观测，配合局部透视功能，可精确测量结石的各角度径线、盏颈宽度、结石所在肾盏与肾盂的夹角、肾盂出口与输尿管起始部的夹角以及肾盂出口到达结石的距离等。见图1。

图1 个体化三维数字模型的重建与定量观测

1.3.4 个性化术前手术策略的制定以及术中寻石路径的测绘 所有患者的个性化手术策略的制定以及术中寻石路径的测绘，均在术前根据个体化三维数字模型的定量观测数据得以完成。重点就输尿管软镜进入肾盂后旋转的角度和探进的距离进行规划，以达到缩短寻及目标盏时间、提高手术效率、避免术中副损伤的合理预期。

1.4 手术方法

所有入组患者均提前预置双J 管，预扩输尿管两周时间。

A 组：麻妥，摆截石体位，拔除预置双J 管后，先以输尿管硬镜镜检，撤镜置导丝，并在导丝引导下置入软镜导引鞘。软镜导引鞘头端顺利进入肾盂后，将纤维输尿管软镜（OLYMPUS 公司）从导引鞘内逆行向上置入肾盂。结合术前基于三维重建数字模型制定的结石寻及路径方案，实施镜体进入肾盂后的旋转及探进，直视下可快速准确寻及并确认目标肾盏与结石。通常使用200 μm 钬激光光纤，设置参数为1.0 J/10 Hz，在目标肾盏内寻及结石后以光纤抵定结石将其击碎。碎石结束后，重新置入导丝，撤镜并退出导引鞘，常规留置双J 管后结束手术。

B 组：予以传统输尿管软镜钬激光碎石取石治疗［1］，术前未行基于个体化三维数字CT 重建与导引系统的手术策略制定及术中寻石路径测绘，其他操作同A 组。

1.5 观察比较指标

主要比较指标如下：手术时间、寻及结石时间、术后住院天数、术中出血量以及结石清除率。结石清除率在术后4 周时计算评估，具体方法是通过复查上腹部平扫CT，结石完全清除的标准定义为未见结石残留以及残石碎片最大径≤4 mm 的情况。

此外，围手术期并发症的比较和评估采用改良的Clavien-Dindo 分级系统［2］，Clavien-Dindo 分级＜Ⅲa 认定为轻度，Clavien-Dindo 分级≥Ⅲa 认定为中重度。在快速康复外科的理念引导下，我们还定量比较了两组患者术后恢复的速度：具体方法是依据Karnofsky 体力状况评分系统（0～100 分，分值越高提示体力状况越好）［3］来评估术后一周的恢复状况。

1.6 统计学方法

采用SPSS 20.0 统计软件进行数据处理。非正态分布的计量资料以均数（范围）表示，比较用秩和检验，符合正态分布的计量资料采用t检验；计数资料以百分率（%）表示，比较用χ2检验及秩和检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

与B 组患者相比，A 组患者平均手术时间（43.3 min vs.58.2 min,P＜0.05）、平均寻及结石时间（3.4 min vs.6.6 min,P＜0.05）、平均术后住院天数（3.2 d vs.5.5 d,P＜0.05）、围手术期并发症发生率（10.0%vs.14.3%,P＜0.05）均显著下降，术后一周体力恢复状况（89.8 分vs.82.5 分,P＜0.05）则显著提高。结石清除率方面，两组患者中均各自有3例在术后4 周复查CT 时发现结石残留迹象，两组结石完全清除率并无显著性差异（85.0% vs.85.7%,P＞0.05）。A 组1 例位于肾中盏，2 例位于肾下盏；B 组2 例为肾上盏，另1 例为肾下盏。

围手术期并发症方面，两组均未发生Ⅲa 级以上的并发症。两组中共有5 例患者（A 组2 例，B组3 例）在术后48 h 内出现疑似尿源性脓毒血症（寒战发热等）的前驱症状，给予升级抗生素抗感染及积极抗休克治疗后，2 例患者症状均得以稳定。A 组患者的围手术期并发症发生率低于B 组（10.0%vs.14.3%,P＜0.05）。见表2。

表2 术中及术后指标比较

3 讨论

时至今日，三维数字重建技术已经在临床医学的诸多学科和细分领域得以引入和应用，其突出的成像参考价值和辅助决策功能已逐渐得到各方的认可。

具体到泌尿外科学方面，特别是腔内泌尿外科领域，三维数字重建技术帮助展现肾盂输尿管集合系统的开拓性工作，已在全球范围内由诸多知名学者尝试开展并多有报道。早在1999 年，数字泌尿仿真内镜的概念就由TAKEBAYASHI［4］等首次提出，而这一理念的实践正是基于CT 扫描图像数据的分析处理得以实现的。2000 年，TAKEBAYASHI［5］教授团队又继续深耕该领域的探索，在全球范围内率先报道了基于CT 数据的仿真输尿管镜技术，成为了其后二十余年该领域研发的先声。随着技术和设备的进一步快速发展，LIATSIKOS 等［6］在2005 年通过对肾盂肾盏集合系统CT 数据信息的三维数字重建，以内镜腔内视角呈现出了一例患者上尿路集合系统的畸形。此后，上尿路集合系统的三维成像技术被迅速应用于泌尿系结石的诊断和治疗评估。DALELA［7］教授团队、PATEL［8］教授团队等在经皮肾镜手术治疗肾结石患者前，依据CT 数据信息以三维数字重建模型配合仿真肾镜技术，尝试寻找最佳穿刺部位并设计最佳穿刺路径，收到了良好的临床效果。RASSWEILER［9］等更是运用增强现实技术在便携式移动电子设备上尝试实时辅助导航经皮肾镜碎石取石手术的全过程，其应用前景之光明与广阔，令人期待。

在本研究中，我们运用山西医科大学第一医院泌尿外科个体化三维数字CT 重建与导引系统获得患者个体化三维数字仿真模型，可以帮助术者在术前精准定位目标肾盏，测绘寻石路径，为后续的输尿管软镜碎石术提供有力的数据支持。重建的三维数字模型能够为术者高效且多样化地呈现上尿路集合系统的空间解剖信息：既可以通过数据化的形式，如对输尿管内径、肾盂输尿管连接部（UPJ）夹角、目标盏颈口径等多项数据指标的准确测量体现，也可以通过全息直观的三维脉管系统演示来体现。两相结合可以使术者从不同层面、不同角度全面掌握针对个体患者的局部集合系统解剖特点，从而使术前手术方案的设计与术中具体操作的决策更加实证与精确。

综上所述，三维数字重建规划技术可帮助术者在输尿管软镜联合钬激光治疗肾盏结石前，完成对腔内结石的空间精准定位工作，并先期制定个性化的具体手术策略，使术中寻石过程更为顺畅，手术效率得以有效提升，有利于患者术后快速恢复，值得在临床上予以推广应用。