陳磊，楊均顯，聶歡，高強利

武漢科技大學附屬普仁醫(yī)院泌尿外科，湖北 武漢 430081

腎癌是最常見的泌尿系惡性腫瘤之一，發(fā)病率占成人惡性腫瘤的2%～3%，男女患者發(fā)病率比例約為1.83：1。在過去的30年里，該疾病的發(fā)生率以2%～3%的速度增加，這與CT 等影像學檢查大量應用于泌尿外科有關。腎癌的治療手段以手術治療為主，手術成功的基礎在于準確的理解腎實質(zhì)與腎腫瘤的解剖學特點，而3D 打印技術能夠在術前有效建立目標區(qū)域的三維解剖結構，在骨科、整形外科已經(jīng)取得了顯著的成效。本文旨在評估3D打印技術在腎腫瘤手術術前規(guī)劃和術前溝通中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取 2018 年 8 月至 2019 年 5 月武漢科技大學附屬普仁醫(yī)院收治的6例腎癌(T1a期)患者。納入標準：(1)術前CT 均診斷為腎實質(zhì)性占位腫瘤，腫瘤直徑≤4 cm；(2)術前凝血功能，肝腎功能、血糖、心肺功能無明顯異常；(3)年齡＞18 周歲且＜80 周歲。排除標準：(1)合并出血或出血傾向的疾病；(2)合并肝腎功能不全；(3)有明顯心肺功能障礙性疾?。?4)局部和遠處轉(zhuǎn)移、伴有腎靜脈瘤栓以及位置較深的腎中央型腫瘤。6例患者中男性4例，女性2例；年齡42～76歲，中位年齡68 歲；CT 檢查提示腫瘤直徑2.2～4.0 cm，平均(3.3±0.7)cm；腫瘤位于左側4 例，右側2 例；術前均未發(fā)現(xiàn)淋巴結及遠處轉(zhuǎn)移。向所有參與者介紹3D打印的基本原理和特點，患者均簽署知情同意書，同意行后腹腔鏡腎部分切除術。

1.2 研究方法

1.2.1 建立3D 打印模型 6 例腎腫瘤患者采取西門子64 排薄層CT 進行腎臟CT 平掃+增強，并由此獲得解剖學數(shù)據(jù)，通過計算機解剖學軟件處理數(shù)據(jù)重建3D圖片，最后通過3D打印機打印個體化的3D解剖模型。3D模型采用樹脂打印原料，同時使用紅色以強化病變組織，以利于觀察整個腫瘤的特點以及腫瘤與周圍正常腎組織的關系。

1.2.2 腎臟腫瘤3D模型測量值與術中腎臟測量值 6 例患者均采用后腹腔鏡腎部分切除術，術中完全游離腎，腎血管，并測量腎臟的長，寬，厚以及腎腫瘤直徑，術前根據(jù)3D 打印模型測量相應腎臟的長、寬、厚度以及腎腫瘤直徑。比較術前3D 重建模型中腎臟各項指標與實際腎臟情況，以評估3D 打印模型是否能夠替代顯示腎臟解剖。

1.2.3 術前規(guī)劃效果評估 設計問卷，每次手術后由主刀醫(yī)生對腎腫瘤患者腎臟的3D打印模型進行評估，包括 4 方面的問題(共 10 分)：(1)模型的總體評價；(2)腎腫瘤位置及毗鄰關系；(3)腎盂與腫瘤的位置關系；(4)對術前手術規(guī)劃的幫助程度。

1.2.4 術前談話效果評價 術前對照組：術者使用CT 片向患者家屬交代病情；實驗組：術者使用3D打印模型向患者交代病情。術前談話內(nèi)容包括：(1)腎臟生理功能(4 分)；(2)解剖特點(腫瘤的位置、大小、與腎盂，腎血管的關系等(6分)；(3)病變的性質(zhì)、位置、特點(6 分)；(4)手術方案及手術并發(fā)癥(8 分)。以上四個方面，共24 分，最后根據(jù)得分情況對兩種不同術前談話方式的效果進行評估。參與的患者及家屬均為沒有醫(yī)學背景知識的非醫(yī)務人員。

1.3 統(tǒng)計學方法 應用SPSS19.0 統(tǒng)計學軟件分析數(shù)據(jù)。計量資料以均數(shù)±標準差(±s)表示，3D打印模型及實際測量值比較采用配對t 檢驗。應用3D 打印模型前后回答問題正確數(shù)的中位數(shù)對比采用非參數(shù)Wilcoxon秩和檢驗，α=0.05為檢驗水準。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 腎腫瘤腎臟模型 成功打印出6 例患者的3D打印腎腫瘤腎臟模型，該模型明確反映了腎臟的形態(tài)特征、腎臟血管、腎腫瘤之間的位置關系(圖1)。術者根據(jù)腎腫瘤腎臟的3D 打印模型進行術前規(guī)劃，設計手術入路，所有患者均順利完成手術，術中出血少，無術中及術后輸血，無漏尿、大出血等并發(fā)癥。

圖1 患者腎臟的CT增強圖片及3D打印模型照片

2.2 腎臟腫瘤3D模型測量值與術中腎臟測量值比較 術前3D模型的測量值與術中實際測量的腎臟值比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，見表1。

表1 腎臟腫瘤3D模型測量值與術中腎臟測量值比較(±s，cm)

表1 腎臟腫瘤3D模型測量值與術中腎臟測量值比較(±s，cm)

項目3D模型測量 腎臟實際測量t值P值腎臟長度腎臟寬度腎臟厚度腫瘤直徑11.6±0.8 6.7±0.6 5.5±0.7 3.3±0.7 11.6±1.1 6.8±0.9 5.6±0.9 3.4±0.3-0.259-1.228-1.053-0.916 0.806 0.274 0.341 0.402

2.3 3 D 打印模型術前評估的結果 對3D 打印模型的問卷調(diào)查中，模型的總體評價(7.8±0.8)分，腎腫瘤位置及毗鄰關系(8.0±0.5)分，腎盂與腫瘤的位置關系(8.0±0.5)分，對術前手術規(guī)劃的幫助程度(8.3±0.8)分。

2.4 3 D打印模型和CT片術前溝通結果比較 術前溝通中，腎臟生理功能采用3D 打印模型溝通和采用CT片溝通的得分比較差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)；但在腎臟解剖、病變特點和手術方案及并發(fā)癥方面比較，3D打印模型組明顯優(yōu)于CT片組，差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，見表2。

表2 3D打印模型和CT片術前談話后回答手術相關問題得分比較(分)

3 討論

3D 打印技術是一項工業(yè)技術，是通過3D 打印機采用分層、疊加成型的方式逐層增加材料來生成3D實體。3D 打印技術已經(jīng)廣泛應用于工程設計、制造，醫(yī)學領域[1]。

近些年來隨著3D 打印技術的進步和醫(yī)學影像學的發(fā)展，3D 打印技術被逐步引入到外科臨床，包括教學模型的制作，手術訓練，術中種植體以及外科工具的制作[2-4]，尤其在術前規(guī)劃當中3D 打印起到了重要作用[5-9]。術前根據(jù)患者的CT或者MRI影像獲取解剖數(shù)據(jù)，應用3D 打印機精確的打印出每一例病變區(qū)域的個體化解剖模型。術者再據(jù)此模型制定詳細的手術方案，決定手術路徑，評估手術可能出現(xiàn)的風險，從而縮短手術時間，提高手術成功率。YANG 等[5]借助3D 打印模型可以充分了解骨折塊間的三維結構、明確骨折的分類、了解各骨折碎塊間的關系，并指出3D打印模型提供的個性化解剖模型能夠協(xié)助術者在術前模擬手術，預判術中可能出現(xiàn)的并發(fā)癥，從而提高手術成功率，減少術后并發(fā)癥。李明等[6]在治療髖臼骨折的過程中利用3D 模型對骨折類型分類，能夠準確的進行術前評估，并制訂優(yōu)良的手術治療方案，取得了良好的治療效果。

骨科應用3D 打印技術主要是制作骨組織的模型，這種類型的影像處理相對簡單，而對于腎臟及肝臟這種解剖結構相對復雜的內(nèi)臟器官，不僅包含有軟組織，還包含復雜的空腔管道系統(tǒng)，例如動靜脈系統(tǒng)、尿路系統(tǒng)、膽道系統(tǒng)等。因此，這種類型的器官影像學處理和3D 打印模型的建立相對更為復雜。目前，相關研究不是很多，文獻報道3D 打印的腹腔內(nèi)臟器模型效果和精度上都很不錯。ZEIN等[7]通過6例肝臟移植供、受體3D打印模型與術中肝臟進行比較發(fā)現(xiàn)，3D 打印模型能夠精確顯示受體和供體的肝臟內(nèi)部膽道和血管結構，平均誤差＜4 mm，可以用來指導肝臟移植供受體大小的選擇，提高移植成功率。RYAN等[8]將動脈瘤與顱骨整體打印，清楚顯示動脈瘤的大小、生長部位、生長方向以及周圍解剖結構，制造出符合要求的模型，真實模擬動脈瘤夾閉術入路，并在9例顱內(nèi)動脈瘤夾閉術中取得了不錯的效果。國內(nèi)學者魏曉松等[9]在經(jīng)皮腎鏡手術中引入3D打印技術，術前建立模型確定腎臟結構、結石大小、形狀及與12肋的關系，據(jù)此設計穿刺點、穿刺深度、穿刺的目標腎盞。認為3D打印模型能夠明確反應結石的大小和位置，對設計出最佳穿刺通道及穿刺腎盞有一定幫助。

后腹腔鏡腎部分切除術是目前T1a期腎癌外科治療的標準術式[10]，術者能夠成功順利的完成該手術的基礎是精確的理解患側腎臟的解剖結構。傳統(tǒng)的術前規(guī)劃通?；诙S的CT和MRI圖像，需要醫(yī)生具有較強的空間想象能力和豐富的手術經(jīng)驗，這需要長期的臨床訓練才能達到。而3D打印模型能夠清楚的在術前模擬出個體化的解剖結構，降低了手術規(guī)劃的難度。

在本研究中，成功打印了6例腎腫瘤腎臟的模型，并利用該模型進行腹腔鏡下腎部分切除術的術前規(guī)劃。我們對腹腔鏡手術術中測量腎臟的幾項重要數(shù)據(jù)(包括腎臟的長、厚、寬以及腎腫瘤直徑)與3D打印模型進行比較，兩組差異無統(tǒng)計學意義。表明3D打印模型能夠比較精確的顯示腎臟的解剖結構，尤其是腎臟腫瘤與腎臟血管的關系。另外，術者對6例3D模型的評估結論也證實該模型能夠幫助手術醫(yī)生通過視覺和觸覺來獲得個體化的解剖模型，能夠減少因醫(yī)生經(jīng)驗欠缺造成的誤差，對術前規(guī)劃的價值不言而喻。此項研究還分析了3D 打印模型應用于術前溝通的情況。對于沒有任何醫(yī)學知識背景的普通患者和患者家屬而言，術前談話是難以理解的，通過個性化的3D打印模型展現(xiàn)腎臟的解剖結構，患者和家屬可以通過觸摸感受到病變腎臟的結構特點，有助于患者及家屬理解病情和手術的方式，減少因溝通產(chǎn)生的糾紛。

本研究也存在一些不足之處：(1)無法將腎臟實質(zhì)與腎盂腎盞分別顯示出來，因此，術者術前規(guī)劃時還是需要借助排泄期CT影像圖片來分辨腫瘤與集合系統(tǒng)的關系。這是今后的一個研究方向；(2)由于成本原因，參與本研究的病例太少，還需要大樣本的研究來印證。

3D 打印在泌尿外科的應用優(yōu)勢明顯，術前規(guī)劃，術前溝通，臨床教學等方面應用前景廣闊。但由于3D打印的成本問題，一直限制其在臨床和教學中的實際應用，隨著材料科學和3D打印設備的發(fā)展，相信未來制約發(fā)展的成本問題會最終解決，幫助臨床醫(yī)生精準醫(yī)療，確保療效做出貢獻。