陳一鳴　宋廣來　王坤　陳真　邢兆宇　丁濤

[摘要] 目的 比較CTU+CTA聯(lián)合成像與傳統(tǒng)CT平掃+增強進行三維重建圖像精度差異，評估CTU+CTA圖像重建后3D打印腎臟模型在腹腔鏡腎部分切除術(shù)手術(shù)規(guī)劃及術(shù)前溝通中的應(yīng)用價值。方法 選取2018年6—7月期間入院的兩名腎癌患者，術(shù)前行CTU+CTA檢查，采集CT圖像，同時回顧性采集5例2018年1—6月期間入院手術(shù)的5例腎癌患者術(shù)前CT平掃+增強圖像，將采集到的圖像進行三維重建，比較兩者對腎臟及腫瘤細(xì)節(jié)的還原程度。而后利用CTU+CTA三維建模進行3D打印，評估3D打印模型還原程度、對手術(shù)規(guī)劃的幫助及對術(shù)前溝通的幫助程度。結(jié)果 CTA+CTU三維重建圖像對腫瘤侵犯集合系統(tǒng)情況、腎臟形態(tài)、腎臟血管分支等評分項目中得分高于CT平掃+增強三維重建圖像，兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=15.611，P<0.001）。3D打印腎臟模型經(jīng)專家評分后模型1總分（40.38±1.49）分，模型2總分（41.13±1.93）分，達到合格標(biāo)準(zhǔn)以上且兩者相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=0.615，P=0.516），3D打印腎臟模型術(shù)前溝通評分模型1總分（45.17±0.20）分，模型2總分（45.33±0.57）分，也達到合格標(biāo)準(zhǔn)以上且兩者相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=0.447，P=0.686）。 結(jié)論 CTU+CTA聯(lián)合成像可提高三維重建及3D打印的精度，3D打印腎臟模型對腎癌手術(shù)規(guī)劃及術(shù)前溝通可提供較好的幫助。

[關(guān)鍵詞] 3D打印;體層攝影尿路成像+血管造影;腎癌;腹腔鏡腎部分切除術(shù)

[中圖分類號] R4 ? ? ? ? ?[文獻標(biāo)識碼] A ? ? ? ? ?[文章編號] 1674-0742（2020）04（c）-0183-04

Application of CTU + CTA Combined Imaging and 3D Printing in Laparoscopic Partial Nephrectomy

CHEN Yi-ming， SONG Guang-lai， WANG Kun， CHEN Zhen， XING Zhao-yu， DING Tao

Department of Urology， Changzhou First People's Hospital， Changzhou， Jiangsu Province， 213000 China

[Abstract] Objective To compare the accuracy difference between 3D reconstruction images of CTU + CTA combined imaging and conventional CT plain scan + enhancement， and evaluate the 3D printed kidney model after CTU + CTA image reconstruction in the surgical planning and preoperative communication of laparoscopic nephrectomy value. Methods Two renal cancer patients admitted between June and July 2018 were examined by CTU + CTA before surgery， CT images were collected， and 5 cases of kidneys admitted to hospital between January and June 2018 were retrospectively collected. Pre-operative CT plain scan + enhanced image of cancer patients， 3D reconstruction of the acquired images， comparison of the degree of reduction of kidney and tumor details. Then use CTU + CTA 3D modeling for 3D printing to evaluate the degree of 3D printed model restoration， help for surgical planning， and help for preoperative communication. Results The three-dimensional reconstruction images of CTA+CTU had higher scores on the scores of tumor invasion system， kidney morphology， and renal vascular branch than CT plain scan + enhanced three-dimensional reconstruction images. There was a significant statistical difference between the two groups （t=15.611， P<0.001）. The 3D printed kidney model scored （40.38±1.49）by Model 1 and （41.13±1.93）by Model 2. After reaching the eligibility criteria， there was no significant difference between the two （t=0.615， P=0.516）. 3D printing preoperative communication score of kidney model was （45.17±0.20）points in Model 1 and （45.33±0.57）points in Model 2. It also reached the eligibility criteria and there was no significant difference between the two（t=0.447，P=0.686）. Conclusion CTU + CTA combined imaging can improve the accuracy of 3D reconstruction and 3D printing. The 3D printed kidney model can provide better help for renal cancer surgery planning and preoperative communication.

[Key words] 3D printing tomography urinary tract imaging + angiography; Renal cancer; Laparoscopic partial nephrectomy; Excision

3D打印是近年快速發(fā)展的一項新技術(shù)，隨著3D打印技術(shù)的成熟，其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用也快速發(fā)展。由于3D打印具有準(zhǔn)確性和定制化的特點，其在外科中的作用范圍廣泛。在泌尿外科腎臟腫瘤診療中應(yīng)用3D打印技術(shù)國內(nèi)外都有報道，國內(nèi)進行腎臟模型3D打印大多采用CT平掃+增強圖像進行重建，也有部分使用CTU圖像進行重建，打印使用材料多為熱塑性塑料，應(yīng)用于術(shù)前手術(shù)規(guī)劃和醫(yī)患溝通。打印模型外形令人滿意，但也存在材料質(zhì)地較硬、腎臟分支血管和集合系統(tǒng)細(xì)節(jié)顯示不佳等不足[1-3]。

該研究旨在將3D打印在腎臟腫瘤手術(shù)中的應(yīng)用進行了改進和拓展，選取2018年6—7月入院的2例腎腫瘤患者進行研究，并回顧性收集了2018年1—6月收治的5例腎腫瘤患者CT圖像進行對比。該項目三維重建基于CTU+CTA結(jié)合的圖像進行重建，利用3D打印機使用硅膠對模型進行三維成形，依托CTU+CTA圖像對血管和集合系統(tǒng)清晰的顯像，使得血管和集合系統(tǒng)能夠更為精準(zhǔn)地進行建模。同時應(yīng)用3種不同顏色的材料對腎臟動靜脈、集合系統(tǒng)及腫瘤進行打印，避免了后期人工涂色產(chǎn)生誤差。3D打印的腎臟模型成品將在術(shù)前應(yīng)用于手術(shù)規(guī)劃，由于材質(zhì)有一定的柔軟度，可進行手術(shù)切除腫瘤和縫合的體外模擬操作，進一步增加手術(shù)的熟練度、減少腎臟缺血時間同時減少手術(shù)可能的并發(fā)癥。同時，將模型應(yīng)用于術(shù)前談話便于患者更好地理解手術(shù)方案和手術(shù)風(fēng)險，增加對醫(yī)生的信任。

1 ?資料與方法

1.1 ?一般資料

選取該院新收治的兩名腎腫瘤患者，術(shù)前行CTA+CTU檢查，采集CT圖像。同時回顧性采集近期該院收治的5例腎腫瘤患者其術(shù)前腹部CT平掃+增強圖像，使用Mimics 19.0軟件對掃描圖像進行三維重建。通過對比三維重建圖像與術(shù)后切除標(biāo)本或標(biāo)本照片對比進行評估，評估指標(biāo)包括腫瘤大小、位置、侵犯集合系統(tǒng)情況、腎臟形態(tài)、腎臟血管分支情況共5項，每項指標(biāo)評分1～10分，由完全不符合到完全符合，由泌尿外科專家（副主任醫(yī)師以上，腹腔鏡下腎切除手術(shù)>50例）4人進行打分。通過最終評分對比評估CTA+CTU與普通CT平掃+增強對腎臟三維重建的效果。

1.2 ?3D打印腎臟模型在腎癌術(shù)前評估及溝通中的應(yīng)用

①3D打印腎臟模型的建立。利用采集的CTA+CTU圖像進行三維重建，將三維重建后生成的STL格式數(shù)據(jù)文件直接輸出至PolyJet OBJET260三維打印機，使用類硅膠材料TangoPlus對模型進行三維成形。打印完成的腎臟呈四種顏色，集合系統(tǒng)呈黃色，腎動脈呈粉紅色，腎靜脈呈橙色，腎腫瘤呈深紅色，正常腎實質(zhì)呈半透明不著色。

②3D打印腎臟模型同行專家評價。將腎臟3D打印模型給同行專家進行評價，評價采用問卷的形式，由泌尿外科專家（副主任醫(yī)師以上，腹腔鏡下腎切除手術(shù)>50例）4人結(jié)合術(shù)前影像學(xué)檢查結(jié)果進行打分。問卷設(shè)計：模型的總體評價;對腎臟腫瘤位置、大小、形態(tài)等的反映程度;對腫瘤與腎臟動靜脈、集合系統(tǒng)關(guān)系的反映程度;腎臟質(zhì)地的還原程度;對手術(shù)規(guī)劃的幫助程度。各項評分由不滿意/沒有幫助到非常滿意/非常有幫助劃分為1～10分。打分參考既往的研究結(jié)果以平均得分37.5分以上為合格。

③3D打印腎臟模型術(shù)前溝通應(yīng)用。手術(shù)醫(yī)師在術(shù)前與患者及家屬進行術(shù)前溝通談話時應(yīng)用3D打印腎臟模型，談話結(jié)束后采用問卷形式評估患者及家屬對術(shù)前溝通應(yīng)用3D打印模型的評價。問卷設(shè)計：術(shù)前談話整體滿意度;對腎臟基本形態(tài)及構(gòu)造的理解程度;病變位置及大小的了解程度;病變與周圍血管及集合系統(tǒng)關(guān)系了解程度;手術(shù)方案及并發(fā)癥理解程度。各項評分由不了解/不滿意到完全了解/非常滿意劃分為1～10分。打分參考既往的研究結(jié)果以平均得分45.0分以上為合格。

1.3 ?統(tǒng)計方法

采用SPSS 24.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，計量資料采用（x±s）表示。各項觀察指標(biāo)采用t檢驗。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 ?結(jié)果

2.1 ?CTA+CTU與CT平掃+增強三維重建

CTA+CTU三維重建圖像與傳統(tǒng)CT平掃+增強三維重建圖像對比見圖1，CTA+CTU三維重建圖像對腫瘤侵犯集合系統(tǒng)情況、腎臟形態(tài)、腎臟血管分支等評分項目中得分高于CT平掃+增強三維重建圖像，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），見表1。

2.2 ?3D打印腎臟模型細(xì)節(jié)情況

3D打印腎臟模型細(xì)節(jié)詳見圖2及圖3，模型中血管及集合系統(tǒng)分色清晰，界線清楚，腫瘤大小深度及與集合系統(tǒng)關(guān)系清晰可見，動靜脈之間為保持與實際相符的距離用粉紅色材料打印圓柱形支架條隔開。

2.3 ?3D打印腎臟模型專家評價

3D打印腎臟模型經(jīng)4名專家評分后結(jié)果模型1總分40.38±1.49分，模型2總分41.13±1.93分，兩者之間相比各項目及總和評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），見表2。

2.4 ?3D打印腎臟模型在術(shù)前溝通應(yīng)用評價

3D打印腎臟模型經(jīng)患者及各兩名家屬評分后結(jié)果模型1總分（45.17±0.20）分，模型2總分（45.33±0.57）分，兩者之間相比各項目及總和評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），見表3。

3 ?討論

腎細(xì)胞癌作為泌尿系統(tǒng)常見的惡性腫瘤之一，早期手術(shù)治療為治療首選，而近年來保留腎單位的腎腫瘤切除術(shù)在腎癌手術(shù)中的占比正逐漸升高。保留腎單位的腫瘤切除術(shù)不僅對手術(shù)者提出了更高的技術(shù)要求，也對術(shù)前腫瘤的預(yù)估和手術(shù)的規(guī)劃提出了更高的要求。3D打印技術(shù)作為一項新興的技術(shù)，其特點就是個性化定制和高精度還原，而隨著可用于打印的材料越來越多，3D打印的還原程度得到了進一步的提升，因此其在醫(yī)學(xué)中尤其是外科手術(shù)中的應(yīng)用也越來越廣泛[4-7]。在泌尿外科腎臟腫瘤診療中應(yīng)用3D打印技術(shù)國內(nèi)外都有報道，Zhang Y等將腎臟3D打印應(yīng)用于手術(shù)前與患者溝通，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3D打印腎臟模型在溝通中起到了重要的作用，患者及其家屬從直觀的模型中認(rèn)識了腎臟和腎門血管的結(jié)構(gòu)，理解了手術(shù)的目的和風(fēng)險[8]。Glybochko PV等將3D打印腎臟用于泌尿外科腎腫瘤手術(shù)規(guī)劃與模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)的通過CT掃描來觀察腎臟，3D打印腎臟更為直觀，明顯提高了受訓(xùn)者腎部分切除手術(shù)技巧，使得手術(shù)者能為患者選擇最佳的手術(shù)策略[9]。葛宏偉等對10例腎腫瘤患者其腎腫瘤進行3D打印，并通過后期著色的方法區(qū)分腎組織、腫瘤組織、腎門血管及集合系統(tǒng)，通過泌尿外科專家對3D打印模型準(zhǔn)確性進行評估，同時將腎臟3D打印模型用于術(shù)前溝通，結(jié)果表明腎臟3D打印模型能夠很好地顯示腫瘤與腎臟的關(guān)系，并可以有效幫助醫(yī)生進行手術(shù)規(guī)劃，還可以用作與患者交流的工具，使醫(yī)患溝通變得順暢[1]。曹志強同樣應(yīng)用腎臟3D打印模型于手術(shù)規(guī)劃和術(shù)前溝通和宣教，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3D打印腎臟模型有利于改善患者對手術(shù)的認(rèn)知以及術(shù)者術(shù)前確切規(guī)劃、術(shù)中精準(zhǔn)切除、術(shù)后確保療效[2]。黃建榮等[3]將3D打印腎臟模型應(yīng)用于模擬手術(shù)指導(dǎo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3D打印模型指導(dǎo)的手術(shù)組其手術(shù)時間、血流阻斷時間、出血量、術(shù)后恢復(fù)情況均要優(yōu)于傳統(tǒng)手術(shù)組。王振龍等通過3D打印或CT三維重建指導(dǎo)下應(yīng)用腫瘤四點定位法切除完全內(nèi)生型腎臟腫瘤取得了較好的效果，說明3D打印模型指導(dǎo)下的四點定位法，具有腫瘤定位準(zhǔn)確、切除完整、圍手術(shù)期并發(fā)癥發(fā)生率低的優(yōu)點[4-10]。此外還有越來越多的研究將3D打印技術(shù)應(yīng)用于后腹腔鏡下腎部分切除術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3D打印模型輔助后可顯著縮短手術(shù)時間及腎蒂阻斷時間，降低手術(shù)風(fēng)險[11-13]。

該研究通過將CTU聯(lián)合CTA圖像進行三維重建，提升了腎臟三維重建的精準(zhǔn)度，尤其對于腎臟動靜脈及集合系統(tǒng)的還原程度要優(yōu)于使用傳統(tǒng)CT平掃+增強圖像進行重建的模型，而建模精準(zhǔn)度的提升又使得3D打印后成品模型的精準(zhǔn)度同步提升，實體化的腎臟模型比三維重建的虛擬模型能夠更好地理解個解剖結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，對醫(yī)患之間溝通和理解提供了更好地工具，同時在3D打印材質(zhì)上的改進為應(yīng)用3D打印模型進行模擬手術(shù)提供了必要的條件。對比既往對腎臟3D打印模型評估問卷結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，以往對模型整體評價、腫瘤還原程度及腎臟血管集合系統(tǒng)還原的評分分別為（7.8±0.7）分、（7.3±0.5）分和（6.0±0.6）分，該次研究兩個模型的評分則分別為（8.13±0.63）分、（8.38±0.48）分、（7.88±0.25）分和（8.50±0.57）分、（8.25±0.29）分、（8.13±0.25）分，均較既往研究有了較大的提升，表明CTA+CTU三維重建精度顯著提升。而對于模型對手術(shù)規(guī)劃的作用，對比既往研究發(fā)現(xiàn)，兩項不同的研究中，3D打印模型對手術(shù)方案規(guī)劃的評分分別為（8.0±1.1）分及（5.7±2.5）分，該次研究兩個模型的評分則分別為（8.38±0.47）分及（8.50±0.57）分，也是要優(yōu)于既往的研究的，表明模型精度的提升使得其對手術(shù)規(guī)劃的作用越來越顯著。但是該次研究限于經(jīng)費和時間原因，僅僅構(gòu)建了兩個3D打印模型，并且未能進一步利用3D打印模型進行模擬手術(shù)，在進一步的研究中，將會繼續(xù)擴大樣本量，同時將模型固定于腹腔鏡模擬器中進行模擬手術(shù)。

綜上所述，3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展使得其必將對現(xiàn)代醫(yī)學(xué)帶來巨大的幫助和變革，3D打印模型精度的提升和材質(zhì)的變革使其有望成為改進泌尿外科腎癌手術(shù)認(rèn)知和規(guī)劃的較好的輔助工具。

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（收稿日期：2020-01-04）