计算机图像导航技术在肾输尿管重复畸形临床治疗中的应用

钱为特，周伟中，夏立广，陈聪德

温州医科大学附属第二医院育英儿童医院 儿童泌尿外科 温州市儿童泌尿生殖系统疾病重点实验室，浙江 温州 325027

肾输尿管重复畸形是先天性肾脏及泌尿系异常疾病的常见畸形之一，其发病率约为0.8%[1]。由于不同肾输尿管重复畸形解剖结构存在多样性，缺少精准的术前分析工具，导致临床医师在术中的操作存在一定的不确定性，增加手术风险。国外常用的Amira软件（Visage Imaging公司），操作方便，临床医师可自助式、快速便捷地构建肾输尿管重复畸形的三维影像，同时结合3D打印技术，提供直观、超强视觉感官的术前评估体验。笔者通过选择不同类型肾输尿管重复畸形病例进行尝试运用，从而探索立体图像导航技术在儿童肾输尿管重复畸形的临床应用价值。

1 资料和方法

1.1 临床资料 检索2015年7月至2022年1月在温州医科大学附属第二医院育英儿童医院进行手术的先天性肾输尿管重复畸形病例，进一步筛选曾进行CT检查的病例23例，收集所有病例的临床病史及影像学资料。选取病例中，男5例，女18例；年龄2月龄至13岁，平均年龄（2.2±3.0）岁；单侧畸形20例，双侧畸形3例。并发肾积水14例，输尿管囊肿10例，膀胱输尿管反流6例。其中15例在术前进行，8例在术后进行。

1.2 研究方法

1.2.1 Amira软件三维重建：通过本院PACS系统（picture archiving and communication system）获取对应病例相关CT影像学资料，导出资料为jpg格式，记录相关物理参数（长、宽、厚）。将不同强化期的图像导入Amira软件中，通过阈值自动分割法对目标脏器进行初次分割；在Segmentation内通过Threshold对排泄期影像资料阈值在200～255之间的部分进行选取，获得骨骼、肾脏、输尿管等高亮组织的粗略构造；通过图像交互分割方法（手 动），选取目标组织并去除干扰组织（见图1）。通过上述方法对重复肾、重复输尿管、动静脉、肝脏、脾脏、膀胱等进行选取，最终通过Amira中Surface模块完成选取目标的三维重建。将多个强化期选取的三维重建图像进行整合处理。

图1 Amira软件三维重建图像

1.2.2 3D打印：将Amira整合后的三维图像导出为STL格式，将STL文件导入QiDi公司X-one2打印机系统，设置打印层高厚度为0.2 mm，并规划合适模型大小。选用直径1.75 mm生物可降解材料，进行相关三维重建模型的3D打印，构建立体结构模型，见图2。

图2 通过QiDi Print系统对目标模型进行3D打印

1.2.3 运用对比：选取手术难度较高且采用最广泛的重复肾半肾切除方式作为研究对象。15例术前重建病例中8例为重复肾半肾切除，以此8例为重建组。同时随机抽取本院术前未进行重建病例为未重建组，比较两组手术时间、术中出血量，评估三维重建及3D打印技术在儿童重复肾手术治疗中的临床应用价值。未重建组纳入标准：①仅以重复肾半肾切除为治疗方式；②不合并其他系统疾病。

1.3 统计学处理方法 使用SPSS27.0统计软件进行数据分析。正态分布资料以±s表示，采用独立样本t检验；非正态分布资料以M（P25，P75）表示，采用Mann-WhitneyU检验。计数资料采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

运用Amira软件对23例病例CT影像资料中动脉期、静脉期、延时期，不同时相期图像进行整合后，将肾脏、输尿管、血管等进行分割与整合，获得肾输尿管重复畸形三维重建图像。对照三维重建图像与3D模型，两者均能完整展示肾输尿管以及周围血管等的解剖细节，与术前传统的二维影像学表现相比能更为直观地展示输尿管重复畸形部分。

选取其中3例在解剖结构上具有代表性的病例进行展示：病例1（见图3），患儿，女，3岁，完全性重复输尿管，因“反复尿路感染2年余”入院，影像诊断：双侧肾输尿管重复畸形。病例2（见图4），患儿，男，7月龄，Y型重复输尿管，因“右肾积水进行性加重10个月余”入院，影像诊断：双侧肾输尿管重复畸形、右侧下位肾积水。病例3（见图5），患儿，女，7岁，异位输尿管开口，因“腹痛伴发热1 d”入院，影像诊断：右侧肾输尿管重复畸形、输尿管扩张、异位输尿管开口可能。

图3 3岁女性肾输尿管重复畸形（完全型）患儿资料展示

图4 7月龄男性肾输尿管重复畸形（Y型）患儿资料展示

图5 7岁女性肾输尿管重复畸形（异位输尿管开口）患儿资料展示

重建组男1例，女7例，平均年龄（3.2±4.1）岁，未重建组男2例，女6例，平均年龄（2.9±4.7），两组年龄和性别差异无统计学意义（P=0.875、0.522）。针对常见的半肾切除手术方式，重建组平均手术时间为120.0（114.0，144.0）min，与未重建组的200.0（162.0，221.3）min比较，差异有统计学意义（P=0.002）；重建组术中出血量为6.0（5.0， 9.3）mL，与未重建组的15.0（12.5，16.8）mL比较，差异有统计学意义（P=0.001）。

3 讨论

肾输尿管重复畸形主要由于在胚胎发育过程中调控输尿管出芽的GDNF/Ret信号系统出现异常，引起输尿管的异位出芽，最终导致肾脏及输尿管数量异常[2]。肾输尿管重复畸形临床类型多变，根据重复输尿管解剖形态及走行，分为完全型与不完全 型[3]。由于该病常常伴有泌尿系积水、尿路感染、肾功能损伤等情况[4]，往往需要手术解决。但是重复肾解剖特点存在明显个体差异，特别是存在血管变异[5-7]、上下级肾分界不清、输尿管走形异常等，在术中会给术者造成很多困扰。因此，术前如何高效、准确地获取重复肾与周围组织毗邻关系、重复输尿管与正常输尿管之间的走行关系以及肾脏血管变异情况等对于手术成功尤为重要，也是该类手术目前面临的主要问题。

传统儿童肾输尿管重复畸形术前评估主要依靠影像学资料，且主要以二维图像为主，相对于三维图像缺少立体效果及真实视觉体验，无法指导外科医师进行非常精准的解剖分析[8]。此外，泌尿系CT扫描和泌尿系核磁共振水成像三维重建存在耗时长、检查费用高等缺点。随着计算机技术的发展，将影像学资料处理，获得三维可视化的呈现得到特别关注[9]。而3D打印技术作为三维重建技术的进一步延伸，通过支撑材料将获得的三维重建图像更立体、直观地呈现出来，更具象化地展示体内各种组织[10-11]。Amira软件为国外临床常用三维重建软件，存在功能丰富、构象准确、快速的优势[12]，该软件在骨科、心脏、神经等多个学科均有所运用，但在儿童泌尿系统结构畸形领域应用较少，特别是针对重复肾的应用鲜有报道[13-15]。

我们运用Amira软件对23例儿童肾输尿管重复畸形病例进行自助式三维重建图像，去除组织阈值相近的干扰组织，构建出传统影像三维重建图像无法清晰显示的部分。对三维重建后图像，可以进行旋转、切斜、放大、缩小等操作，从不同方向、不同层次观察目标组织。通过建立多个分项，对三维重建后的图像有选择性地进行部分组织的隐藏或添加，在保证获得全面总体组织认知的同时，做到术前目标组织的突出强调。外科医师仅需半小时即可完成相关目标的提取与成像，相较于影像科医师的常规操作，可以大大缩减术前评估等待的时间，同时结合3D打印技术在2～3 h内即可获得目标模型的打印。本研究多个模型均很好地展示了肾输尿管以及周围血管等的解剖细节，对手术精准解剖有极强的指导作用。术中正常肾脏与积水扩张组织的边界区分、输尿管走形情况等与术前评估均能得到高度契合。术中手术边界的确认相较于传统影像学图像更为精准，更大程度上帮助外科医师规避手术风险[16]。本研究比较了重复肾半肾切除术术前进行重建患者和未重建患者的手术时间和术中出血量，结果显示，术前进行三维重建可以缩短手术时间并减少术中出血量。当然，该技术不仅可为外科医师术前术中的解剖评估提供帮助，而且作用贯穿整个肾输尿管重复畸形诊疗过程，包括增加临床教学模式的多样性及术前家属告知的准确性等[17]。

综上所述，计算机图像整合技术在儿童泌尿外科的应用尚处于摸索阶段，针对肾输尿管重复畸形病例，通过医师自助操作的Amira软件快速构建三维重建图像，同时结合3D模型打印，可为手术解剖提供精准的指导。