3D打印技术在复杂性上尿路结石经皮肾镜取石术治疗中的应用效果观察

聂欢，高强利，汪沅，陈磊，付汉广，张超雄，黄英杰

武汉科技大学附属普仁医院泌尿外科，武汉 430080

国内新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情通过科学预防、控制及救治等措施基本已得到控制［1-2］。武汉科技大学附属普仁医院于2020年2月底恢复正常医疗秩序，平诊手术和急诊手术逐步开放，其中多为针对复杂性上尿路结石患者的经皮肾镜取石术（PCNL），但为了避免新型冠状病毒在院内传播，住院病房仍处于相对封闭状态。因此，如何对拟行PCNL 的患者及其家属术前进行有效的医患沟通，以及如何确保手术安全及质量已成为目前泌尿外科领域亟需解决的问题。3D 打印技术起源于20 世纪80 年代末，该技术借助计算机辅助设计软件，按照“分层制造、逐层叠加”原理，对任意复杂形状的物体均可进行三维模型数据重建，通过3D打印系统逐层精确地打印叠加，最终快速、准确地获得实体模型［3］。目前，该技术已成功应用于骨科、心脏肿瘤外科及泌尿外科等多个医学领域［4-6］。本研究观察了在国内疫情期间3D 打印技术辅助PCNL 应用于复杂性上尿路结石患者术前医患沟通及指导手术方案后的临床效果，为目前国内COVID-19 疫情期间的术前医患沟通及手术方案改良提供有效依据。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2020 年2 月—10 月武汉科技大学附属普仁医院泌尿外科收治的拟行PCNL 的复杂性上尿路结石患者38例，患者均按照疫情期间泌尿外科治疗相关建议规范防控及诊治［7-9］。纳入标准：①符合复杂性上尿路结石的诊断标准［10-11］；②有PCNL 手术指征；③无手术禁忌证。排除标准：①合并恶性肿瘤或传染性疾病；②凝血功能障碍；③妊娠期、哺乳期女性；④心肺功能无法耐受麻醉和手术；⑤合并高血压、糖尿病及泌尿道感染未经控制者；⑥造影剂过敏。按照随机分配的原则将38 例患者分为观察组20 例和对照组18 例。观察组男10 例、女10例，年龄（48.8±9.3）岁，手术部位：左侧12例、右侧8例，结石体积（30.28±3.52）cm3；对照组男9例、女9 例，年龄（51.5±8.9）岁，手术部位：左侧10 例、右侧8 例，结石体积（32.20 ± 3.11）cm3。两组上述资料均具有可比性（P均＞0.05）。本研究通过医院伦理委员会审核，患者及家属均签署知情同意书。

1.2 术前沟通方法 两组术前均与患者当面沟通，与患者家属进行网络平台沟通。观察组术前进行64 排螺旋CT 扫描（德国GE 公司，Optima660），数据以DICOM 格式保存；对数据进行处理后，采用3D 打印机（ZLY-D600；X）联合MIMICS16.0 软件，建立与实际肾脏比例为1∶1 的患侧肾脏模型，包括肾脏外形、肾皮质、肾动静脉、结石形状体积、结石所在肾盏与其他肾盏及肾盂之间的空间毗邻关系及肾脏一级和二级血管；采用光敏树脂材料打印3D 数字模型，应用该模型与患者进行术前沟通。常规组借助CT或KUB 平片等影像学资料与患者进行术前沟通，并于网络平台（腾讯会议或钉钉会议）向患者家属直播，让家属也能参与讨论。

1.3 手术方法 观察组采用3D 打印模型辅助PCNL，方法如下：术前应用MIMICS16.0软件的仿真功能对模型进行手术模拟，并记录计划穿刺点的部位、角度、深度；患者全身麻醉或者连续硬膜外麻醉后取截石位，使用8/9.5 F STORZ 输尿管硬镜在斑马导丝引导下探查患侧输尿管至肾盂，逆行置入5 F输尿管导管，经其向肾盂内注水，创建人工肾积水；根据术前3D打印模型所规划的最佳穿刺通道、穿刺深度和穿刺点，在B 超引导下，使用18 G 经皮肾穿刺针穿刺至目标肾盏，置入导丝，分别以F14、F20筋膜扩张器扩张通道后放入20 号鞘，建立经皮肾通道，置入500 µm 钬激光光纤；在碎石过程中，根据3D 打印模型显示集合系统的不同角度进行肾盏探查及碎石；术后5～7 d 复查KUB 平片，以确定手术碎石效果及体内留置的双J 管是否移位，若效果欠佳则择期行二次手术，双J管常规留置2～4周，拔除双J 管后再次复查KUB 平片，影像学提示无残石或结石残块直径＜4 mm 且无临床症状则视为手术成功。对照组根据术前CT 或KUB 平片等影像学资料规划手术穿刺通道、穿刺深度和穿刺点，采取肾单通道或多通道治疗复杂性上尿路结石。两组PCNL 均由同一名泌尿外科医师（行PCNL 超过100 次）主刀操作完成。

1.4 医患沟通与手术疗效相关指标观察方法 ①医患沟通相关指标：记录两组的术前沟通时间，即在安静的环境里，术者对患者及家属进行术前沟通，由沟通开始至患者及家属对复杂性上尿路结石情况、手术治疗优缺点、并发症及相应处理措施等完全了解所需要的时间。采用视觉模拟评分（VAS）［12］设计医患沟通相关调查问卷，采取0～10 分的渐进式评分模式，记录两组的理解程度、沟通满意度，分值越高表示理解程度越好、沟通满意度越高。②手术相关指标：记录两组的手术时间、住院时间、术后血红蛋白下降值，并发症发生情况，二期手术率、最终结石清除率。并发症包括术中、术后大出血需输血或动脉栓塞、感染（包括尿脓毒血症、感染性休克、全身炎症反应综合征）、集合系统损伤和液体外渗（包括集合系统穿孔、输尿管撕脱伤和狭窄、胸腔积液、肾周积液、腹腔积液）、器官（包括肺、胸膜、结肠、小肠、肝脏、胰腺等）损伤、膀胱刺激征、尿路梗阻、肾绞痛、失肾等。最终结石清除率=手术成功患者例数/手术患者总例数×100%。

1.5 统计学方法 采用SPSS22.0 统计软件。计量资料采用Shapiro-Wilk 正态性检验，呈正态分布以-x±s表示，数据比较采用t检验；非正态分布以M（P25，P75）表示，数据比较采用秩和检验。计数资料以n（%）表示，数据比较采用χ2检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

两组均顺利完成手术，观察组均成功打印3D模型。观察组、对照组术前沟通时间分别为（15.9 ±3.8）、（16.3 ± 3.5）min，理解程度分别为（9.1 ±0.4）、（9.0±0.7）分，两组比较P均＞0.05；观察组、对照组沟通满意度分别为（9.3±0.3）、（8.9±0.4）分，两组比较P＜0.05。观察组和对照组手术时间分别为（96.5±7.8）、（104.7±13.5）min，住院时间分别为（13.4±1.6）、（15.1±2.2）d、术后血红蛋白下降值分别为（1.7±0.3）、（2.4±0.2）g/L，两组比较P均＜0.05。观察组并发症发生率为10.0%（2/20，术后发热1 例、术后肾绞痛1 例）、二期手术率为0，对照组并发症发生率为38.9%［7/18，术后发热4 例（其中出现感染性休克1 例）、术中术后出血需要输血3 例］、二期手术率为11.1%（4/18），两组比较P均＜0.05。观察组最终结石清除率为90.0%（18/20），对照组为83.3%（15/18），两组比较P＞0.05。

3 讨论

随着COVID-19 疫情防控形势持续向好，武汉科技大学附属普仁医院的正常医疗秩序逐渐恢复，2020 年泌尿外科住院患者基本为复杂性上尿路结石的急重症患者。以往临床上治疗复杂性上尿路结石的难度较大、风险较高，近年来虽然随着腔镜微创技术的发展及腔镜手术器械的改进，PCNL 已成为目前临床上处理复杂性肾结石的重要手术方法，但无论依靠超声或X线定位穿刺均只能提供非立体的平面图像，可能会影响取石成功率或导致术中周围脏器损伤、肾脏出血等并发症发生，甚至危及生命［13-14］。因此，如何成功选择并确立高效、安全的手术穿刺通道，对于提高PCNL 取石成功率及减少不良反应的发生至关重要。

有研究借助3D 打印技术打印出复杂性肾结石3D 模型，术前不仅可以根据模型精准测量结石形状体积、结石所在肾盏与其他肾盏及肾盂之间的空间毗邻关系及肾脏一级和二级血管的分布情况，皮肤、结石肾盏、肾盂的距离、角度及拟穿刺目标肾盏与毗邻肾盏的角度关系等，更有利于制定最佳的手术穿刺通道，设计出更加个性化的手术方案，提高最终结石清除率、降低并发症发生率［15-17］。国内学者魏晓松等［18］、王江平等［19］发现，将3D 打印结石模型用于术前医患沟通中，可使患者在术前首次直观地看到自己的“结石”在上尿路的分布情况，有助于患者对自己的疾病有一个比较清晰的印象，同时可以对手术治疗方案优缺点、疗效和相关并发症有一个清楚的认识，从而促进医患交流沟通。但本研究结果显示，两组术前沟通时间及理解程度比较均无统计学差异，观察组沟通满意度明显高于对照组。分析其原因可能是疫情期间正常医疗秩序被破坏，而随着平诊手术和急诊手术的逐步开放，患者本身求医手术的意愿较平时更为强烈，并且部分PCNL 患者与父母子女等直系家属分居两地，特别是年纪较大的患者子女外出学习或居住异地的不在少数，既往没有有效的沟通平台，往往对病情不熟悉，而异地亲属对于治疗方案或多或少存在一些顾虑，不仅可能耽误病情，还会给治疗埋下了医疗纠纷的可能。此次疫情一方面给社会带来了很大的危害，但同时也构建了一个理想的模型：疫情期间因为隔离原因，患者家属不能在医院陪伴，病情沟通时会借助网络平台视频及语音进行医生、患者及家属三方的术前沟通，因此本研究两组术前沟通时间及理解程度比较均无统计学差异；但对于风险较大、费用较多的特殊操作仍存在沟通不便的可能，单纯运用CT、KUB 等影像学资料仍不能使患者及家属充分理解，而借助3D打印模型能够使用更为浅显的语言向患者及家属在网络平台上讲解疾病特点、手术方案、手术并发症及预防的相关知识，使患者及家属都能对病情有直观且真实的认识，因此观察组沟通满意度高于对照组。虽然目前疫情已经得到控制，即使在防疫常态化的今天，术前医患沟通时运用3D打印技术对于防止疫情在医院的传播也具有重要意义。

本研究结果显示，观察组手术时间、住院时间、术后血红蛋白下降值、并发症发生率及二期手术率均明显低于对照组，提示3D打印技术所提供的模型能够在PCNL 术中给予实时指导，对于缩短手术时间、提高手术成功率及减少并发症发生均具有重要意义。在PCNL 单通道手术的术前模拟及实际操作中，借助3D 打印模型或泌尿系CT 三维重建均可以准确制定手术最佳的穿刺通道；但对于PCNL 需多通道手术者，3D 打印模型较CT 三维重建及术前彩超有着明显优势，究其原因可能由于单通道手术往往意味着结石处理相对简单，此时仅需关注皮肤、结石肾盏、肾盂的距离、角度及拟穿刺目标肾盏与毗邻肾盏的角度关系，而3D 打印模型与泌尿系CT 三维重建均能精准测量结石与肾盏及肾盂的毗邻关系，通过术中彩超制定的手术穿刺通道可以达到一致；但多通道穿刺意味着需兼顾不同肾盏间多个结石的碎石效果，运用3D 打印模型可以构建三维立体空间，并在术前尝试各种穿刺方案，从而避免不必要的术中穿刺和扩张，更利于在术中制定最佳的穿刺通道，最终减少术中出血量及各种副损伤、不良反应的发生。DAESAI 等［20］也同样认为，在PCNL 术前应用3D 打印技术对于选择如何处理复杂鹿角型结石具有重要意义。

疫情后来院接受PCNL 手术的患者多为急重症，相应的手术风险较普通患者高，本研究中有14例患者术前合并感染性休克、脓毒败血症，均在感染控制、体温恢复正常后再行手术，这也相应地增加了患者手术前的住院时间。而术中利用3D 打印模型引导肾镜在集合系统内进行肾盏探查及碎石，可以大大减少手术时间及手术操作对肾盏、集合系统、周围组织的损伤，术后仅有1例出现发热，加强抗感染后症状缓解，无输血等其他并发症发生，因此患者术后住院时间相对减少。

综上所述，3D 打印技术所提供的模型能够精确显示结石体积、形态及与血管、肾盂肾盏、周围脏器的空间关系，不仅有助于促进复杂性上尿路结石患者PCNL 术前的医患沟通，同时有助于手术方案的制定及术中模型实时指导，从而缩短手术时间、提高手术成功率及减少并发症发生。但目前3D 打印技术仍受到成本过高、材料单一、打印时间相对较长等限制，相信随着3D 打印技术的不断发展、打印材料的不断更新，这些问题将会被逐一克服，该技术在泌尿外科临床领域将会发挥更大的作用。