李新飛，彭意吉，余霄騰，熊盛煒，程嗣達(dá)，丁光璞，楊昆霖，唐 琦△，米 悅，吳靜云，張 鵬，謝家馨，郝 瀚，王 鶴，邱建星，楊 建，李學(xué)松△，周利群

(1.北京大學(xué)第一醫(yī)院泌尿外科，北京大學(xué)泌尿外科研究所，國(guó)家泌尿、男性生殖系腫瘤研究中心，北京 100034；2.應(yīng)急總醫(yī)院泌尿外科，北京 100028；3.北京大學(xué)第一醫(yī)院影像科，北京 100034；4.北京理工大學(xué)光電學(xué)院，北京市混合現(xiàn)實(shí)與新型顯示工程技術(shù)研究中心，北京 100081)

腎癌是腎最常見的惡性腫瘤，約占成人惡性腫瘤的2%～4%[1-2]。T1期腎癌首選治療方法是腎部分切除術(shù)，這種手術(shù)方式能為患者帶來(lái)良好的腫瘤學(xué)預(yù)后，并且保留患腎功能。隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展和成熟，腹腔鏡及機(jī)器人手術(shù)越來(lái)越受到廣大醫(yī)師和患者的青睞，但由于腎部分切除術(shù)的復(fù)雜性，圍手術(shù)期存在出血(1%～2%)或尿瘺(3%～5%)的風(fēng)險(xiǎn)較高[3]，因此，術(shù)前詳盡地了解腎腫瘤及相關(guān)結(jié)構(gòu)的解剖信息至關(guān)重要，可以為手術(shù)規(guī)劃提供重要依據(jù)。目前，已有多種評(píng)分系統(tǒng)納入腎腫瘤的各種相關(guān)特征以預(yù)測(cè)手術(shù)的復(fù)雜性、圍手術(shù)期并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，包括RENAL評(píng)分、PADUA和C指數(shù)等[4-6]。盡管有大量文獻(xiàn)支持這些評(píng)分系統(tǒng)的臨床價(jià)值，但各研究之間使用現(xiàn)有的評(píng)分系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè)腎部分切除術(shù)的臨床結(jié)局并不一致[7]，一個(gè)主要原因在于這些評(píng)分系統(tǒng)基于二維CT圖像[8]，需要在三個(gè)空間軸(軸位、冠狀位和矢狀位)上查看二維圖像，再通過復(fù)雜的認(rèn)知還原腫瘤的實(shí)際情況。

三維可視化技術(shù)可以通過處理標(biāo)準(zhǔn)二維圖像來(lái)創(chuàng)建三維虛擬模型，借助這些三維可視化圖像，可以更精確地評(píng)估腫瘤位置、腫瘤特征以及腫瘤與血管和集合系統(tǒng)的關(guān)系，進(jìn)而預(yù)計(jì)腎部分切除術(shù)的手術(shù)復(fù)雜性并指導(dǎo)術(shù)前規(guī)劃。但CT三維重建在當(dāng)前的臨床實(shí)踐中尚未常規(guī)使用[9]。為了在術(shù)前及術(shù)中更準(zhǔn)確、直觀地把握腎腫瘤、血供的解剖特點(diǎn)及毗鄰關(guān)系，本研究提出CT三維可視化腎腫瘤術(shù)前評(píng)分系統(tǒng)，并報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集自2011年12月至2019年12月北京大學(xué)第一醫(yī)院泌尿外科因腎腫瘤行腎部分切除術(shù)患者的臨床資料，包括年齡、性別、體重指數(shù)(body mass index，BMI)、腫瘤位置、腫瘤大小、術(shù)前血肌酐及腎小球?yàn)V過率(glomerular filtration rate，GFR)、手術(shù)時(shí)間、腎動(dòng)脈阻斷時(shí)間、出血量、術(shù)后住院日、并發(fā)癥、術(shù)后血肌酐及GFR等，腎動(dòng)脈阻斷時(shí)間超過30 min為阻斷時(shí)間延長(zhǎng)。收集全國(guó)16個(gè)中心行腎部分切除術(shù)患者的臨床資料進(jìn)一步驗(yàn)證完善本評(píng)分系統(tǒng)細(xì)則。具體納入標(biāo)準(zhǔn)為：(1)因腎腫瘤行腎部分切除術(shù)；(2)接受泌尿系增強(qiáng)CT及CT三維重建檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)為：(1)無(wú)法完成腎部分切除術(shù)而行腎根治性切除者；(2)CT資料無(wú)法滿足重建標(biāo)準(zhǔn)；(3)患者拒絕手術(shù)或拒絕資料收集；(4)存在心、肺、肝功能不全失代償，有嚴(yán)重出血傾向的疾病或糖尿病血糖控制不穩(wěn)定等麻醉和手術(shù)禁忌證。

1.2 CT三維可視化評(píng)分系統(tǒng)

CT三維可視化評(píng)分系統(tǒng)各指標(biāo)均以北京大學(xué)泌尿外科研究所制定的《泌尿系疾病三維可視化技術(shù)流程規(guī)范》(附于文末)為基礎(chǔ)，以確保同質(zhì)化和一致性。為直觀、便捷地展示各組織結(jié)構(gòu)的特征及解剖關(guān)系，CT三維可視化圖像中采用特定的顏色代表相應(yīng)的組織器官，其中腎被渲染為紫色，腫瘤為橙色，集合系統(tǒng)為綠色，動(dòng)脈為紅色，靜脈為藍(lán)色，脂肪為黃色，骨為白色，未定義結(jié)構(gòu)為粉色。

1.2.1CT三維重建標(biāo)準(zhǔn) CT原始數(shù)據(jù)要求為平掃+增強(qiáng)掃描，數(shù)據(jù)層厚0.625～1.500 mm。掃描全系列DICOM格式圖像數(shù)據(jù)，具體要求包括：(1)推薦64排及以上CT掃描，包含平掃+增強(qiáng)(腎皮髓質(zhì)期、腎實(shí)質(zhì)期及排泄期)掃描；(2)患者取仰臥位，頭足方向掃描，深吸氣后屏住呼吸，掃描矩陣512×512，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度0.50～0.75 s/圈，掃描條件120 kV、200～250 mA(建議采用管電流自動(dòng)調(diào)制技術(shù))，掃描范圍為膈肌至恥骨聯(lián)合，對(duì)比劑采用碘造影劑(碘海醇，350 mg I/mL)，以3 mL/s速率注射；(3)掃描層厚1.0 mm、層間距1.0 mm，普通層厚2.5 mm、層間距2.5 mm，薄層標(biāo)準(zhǔn)層厚0.6 mm、層間距0.6 mm；(4)腎皮髓質(zhì)期延時(shí)時(shí)間為20～25 s，腎實(shí)質(zhì)期延時(shí)時(shí)間為60～70 s，腎排泄期延時(shí)時(shí)間為3～5 min，必要時(shí)排泄期可延長(zhǎng)更長(zhǎng)時(shí)間。

1.2.2CT三維重建指標(biāo) (1)腫瘤最長(zhǎng)徑與體積(圖1)：三維圖像中腫瘤的最長(zhǎng)徑線以及腫瘤的幾何體積；(2)腫瘤侵入腎實(shí)質(zhì)內(nèi)體積占比(圖2)：以腎實(shí)質(zhì)邊緣為界作假想平面，該平面切割腫瘤后位于腎實(shí)質(zhì)內(nèi)的部分占腫瘤總體積的百分比，用于量化腫瘤內(nèi)生外凸性質(zhì)；(3)腫瘤與腎實(shí)質(zhì)接觸面積(圖2)：利用三維可視化技術(shù)擬合腎腫瘤與腎實(shí)質(zhì)接觸平面并計(jì)算其面積，該面積直接反映腎部分切除術(shù)創(chuàng)面的大??；(4)腫瘤侵入實(shí)質(zhì)最大深度(圖3)：腎實(shí)質(zhì)內(nèi)腫瘤距腎實(shí)質(zhì)邊緣平面的最大垂直距離，用于評(píng)估腫瘤的浸潤(rùn)深度；(5)腫瘤腎實(shí)質(zhì)接觸面平整度：擬合腫瘤與腎實(shí)質(zhì)接觸的曲面的同時(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)平滑曲面作為參考，提供腫瘤是否有異常隆起等相關(guān)信息，可警示切除腎腫瘤時(shí)腫瘤邊界是否規(guī)則，避免切破腫瘤或?qū)φＤI實(shí)質(zhì)造成不必要的損傷，在完全切除腫瘤的同時(shí)盡可能多地保留腎實(shí)質(zhì)；(6)腫瘤所在腎臟分段(圖4)：分為上段、上前段、下前段、下段、后段，腫瘤所處位置決定手術(shù)入路、腫瘤切除及縫合的難易程度；(7)腎血管變異(圖5)：限時(shí)阻斷腎動(dòng)脈或選擇性阻斷腎動(dòng)脈是腎部分切除術(shù)的先決條件，腎動(dòng)脈的變異以副腎動(dòng)脈最為常見，術(shù)前識(shí)別變異的腎動(dòng)脈可為術(shù)中完全阻斷動(dòng)脈提供保障；(8)腎周脂肪(圖6)：測(cè)定腎周脂肪的體積和表面積，并根據(jù)CT值將腎周脂肪渲染為不同顏色，顏色越深提示脂肪黏性、硬度越大。

6A,the perirenal fat was rendered in different colors according to the CT value;6B,volume and superficial area of perirenal fat.圖1 腫瘤最長(zhǎng)徑與體積圖2 腫瘤侵入腎實(shí)質(zhì)體積比與腫瘤接觸面積圖3 腫瘤侵入腎實(shí)質(zhì)最大深度圖4 腎臟分段圖5 腎臟血管變異圖6 腎周脂肪參數(shù)Figure 1 Tumor diameter and volumeFigure 2 Volume proportion of tumor invading into renal parenchyma and contact surface areaFigure 3 Maximum depth of tumor invading into renal parenchymaFigure 4 Renal segmentFigure 5 Variation of renal vascularFigure 6 Perirenal fat parameters

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

本中心共58例患者在腎部分切除術(shù)前行泌尿系CT三維重建，并接受術(shù)中導(dǎo)航(圖7)，包括男性34例，女性24例，平均年齡(54.4±10.2)歲，基本臨床資料見表1。所有患者均成功完成手術(shù)，無(wú)中轉(zhuǎn)開腹，圍手術(shù)期參數(shù)見表2。腫瘤平均二維直徑為(2.78±1.43) cm，平均三維最大徑為(3.09±1.35) cm，術(shù)后病理平均大小(3.01±1.38) cm。相比于二維圖像，三維重建所得腫瘤最大徑更接近病理大小，但三維重建腫瘤最大徑、二維CT腫瘤直徑及病理腫瘤大小間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P二維-病理=0.187；P三維-病理=0.585；P三維-二維=0.130)。三維重建腫瘤最大徑與術(shù)中腎動(dòng)脈阻斷時(shí)間延長(zhǎng)、術(shù)中出血量顯著相關(guān)(r=0.502，P=0.020；r=0.403，P=0.046)。三維重建及病理腫瘤體積大小分別為(25.7±48.4) cm3、(33.0±36.4) cm3(P=0.229)，三維重建腫瘤體積與術(shù)中出血量顯著相關(guān)(r=0.660，P<0.001)。腫瘤侵入腎實(shí)質(zhì)內(nèi)體積占比與術(shù)中腎動(dòng)脈阻斷時(shí)間延長(zhǎng)、術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生顯著相關(guān)(r=0.410，P=0.041；r=0.587，P=0.005)。腫瘤接觸面積及是否存在血管變異與圍手術(shù)期指標(biāo)及術(shù)后并發(fā)癥未見相關(guān)性。

A,three-dimension reconstruction result;B,show or hide organizations and adjust transparency;C,clamp the renal artery;D,expose the renal neoplasm;E,suture the renal parenchyma;F,rotate the image to the same position as the surgery.圖7 三維重建術(shù)中導(dǎo)航操作流程示意圖Figure 7 Operation flow diagram of three-dimension reconstruction in the intraoperative navigation

表1 患者臨床資料及CT三維重建數(shù)據(jù)Table 1 Clinical characteristics and tumor parameters in three-dimensional image

表2 腎部分切除術(shù)患者圍手術(shù)期資料Table 2 Perioperative data of patients undergoing partial nephrectomy

3 討論

CT三維可視化技術(shù)可直觀展現(xiàn)各組織間的空間解剖關(guān)系，自動(dòng)測(cè)量靶組織相關(guān)參數(shù)，為精準(zhǔn)化手術(shù)提供幫助，在骨科和口腔科的應(yīng)用已較為成熟[10-11]，而軟組織因血供繁多、組織密度相近且空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較少見CT三維可視化技術(shù)應(yīng)用的報(bào)道。隨著影像技術(shù)的發(fā)展和圖像精度的提高，CT三維可視化通過更加優(yōu)化的算法，展示出更立體直觀的影像，跨過了醫(yī)師憑借自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)二維圖像進(jìn)行抽象的立體重建和三維認(rèn)識(shí)的過程，逐漸成為傳統(tǒng)影像學(xué)檢查的新的呈現(xiàn)方式。因此，提出三維可視化下的腎腫瘤腎部分切除術(shù)術(shù)前評(píng)分系統(tǒng)是十分必要的。

現(xiàn)有的評(píng)分系統(tǒng)中腫瘤最長(zhǎng)徑是反映腫瘤最直觀的參數(shù)之一。傳統(tǒng)CT圖像中定義腫瘤最長(zhǎng)徑的方法為任何平面(中軸位、矢狀位、冠狀位)中腫瘤的最大直徑，測(cè)量方法局限于二維圖像，腫瘤的實(shí)際情況仍需醫(yī)師憑借自身經(jīng)驗(yàn)判斷。Porpiglia等[12]報(bào)道三維重建模型與傳統(tǒng)CT在測(cè)量腫瘤最長(zhǎng)徑時(shí)無(wú)明顯差異，且一致性檢驗(yàn)結(jié)果近乎一致。因此，本評(píng)分系統(tǒng)采用了三維圖像下的腫瘤最長(zhǎng)徑，標(biāo)準(zhǔn)參考TNM分期。另一方面，腫瘤體積是反映腫瘤負(fù)荷的另一指標(biāo)，在三維技術(shù)下成為可測(cè)量參數(shù)，是對(duì)腫瘤最長(zhǎng)徑的重要補(bǔ)充。雖然腫瘤最長(zhǎng)徑和腫瘤體積可直觀反映腫瘤負(fù)荷，但腫瘤位于腎實(shí)質(zhì)外的部分無(wú)法為評(píng)估因腎部分切除術(shù)造成的腎體積缺損提供有效的參考，因此，本評(píng)分系統(tǒng)納入了侵入腎實(shí)質(zhì)腫瘤體積占腫瘤總體積百分比，將內(nèi)生性生長(zhǎng)的程度進(jìn)行量化，直觀展現(xiàn)腫瘤與腎實(shí)質(zhì)關(guān)系的密切程度。腫瘤的大小和生長(zhǎng)方式還可影響腫瘤侵入實(shí)質(zhì)的深度。腫瘤浸潤(rùn)深度直接影響腎部分切除的深度，已被證實(shí)是影響腎部分切除術(shù)實(shí)施及術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率的重要因素[13-14]，測(cè)定該指標(biāo)可幫助醫(yī)師把握腎部分切除的深度。此外，CT三維可視化可清晰顯示腫瘤所處位置，據(jù)此可決定手術(shù)入路、腫瘤切除及縫合的難易程度。

腫瘤與其周圍未受累的腎實(shí)質(zhì)的接觸面積是影響腎切除和縫合的重要因素。Leslie等[15]報(bào)道腫瘤接觸面積(contact surface area，CSA)是手術(shù)時(shí)間、術(shù)后并發(fā)癥、住院日和術(shù)后腎功能的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)，且與目前的評(píng)分系統(tǒng)相比，CSA在預(yù)測(cè)圍手術(shù)期事件時(shí)可能更準(zhǔn)確。已報(bào)道的CSA估算方法包括腫瘤總表面積與腎內(nèi)腫瘤體積百分比的乘積、2πrd(r為腫瘤半徑、d為浸潤(rùn)深度)[16]，這些基于數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果顯示出CSA與圍手術(shù)期參數(shù)及術(shù)后腎功能的相關(guān)性，證明了CSA在腎部分切除術(shù)中的預(yù)測(cè)價(jià)值，更準(zhǔn)確的CSA評(píng)估方式還有待研究。Takagi等[17]報(bào)道了手動(dòng)描繪結(jié)合自動(dòng)計(jì)算CSA的方法，但該方法需花費(fèi)大量時(shí)間精力。本研究推薦利用三維可視化技術(shù)智能擬合腎腫瘤與腎實(shí)質(zhì)接觸平面并計(jì)算其面積，為腎部分切除術(shù)創(chuàng)面大小提供參考，同時(shí)，另一接觸面相關(guān)參數(shù)為腫瘤腎實(shí)質(zhì)接觸面平整度，可警示泌尿外科醫(yī)師在切除腎腫瘤時(shí)腫瘤邊界是否規(guī)則，若接觸面局部有凸出的腫瘤，切除時(shí)則需格外小心，避免切破腫瘤或?qū)φＤI實(shí)質(zhì)造成不必要的損傷，在完全切除腫瘤的同時(shí)盡可能多地保留腎實(shí)質(zhì)。

腎血管變異包括動(dòng)、靜脈血管走行或數(shù)量的變異，血管變異會(huì)影響手術(shù)的安全性，同時(shí)也會(huì)使手術(shù)并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)增加。腹腔鏡下腎部分切除術(shù)的關(guān)鍵步驟即為處理脈管系統(tǒng)，因此，術(shù)前了解腎血管變異十分重要。副腎動(dòng)脈是最常見的血管變異，大約會(huì)出現(xiàn)在1/3的患者，副腎動(dòng)脈的存在可能會(huì)導(dǎo)致腎門阻斷不完全，引起嚴(yán)重的術(shù)中出血、并發(fā)癥發(fā)生或腫瘤切緣陽(yáng)性。常見的靜脈變異包括腎靜脈過多、靜脈過晚融合、主動(dòng)脈后左腎靜脈等，靜脈變異對(duì)腎部分切除術(shù)的影響較小，但術(shù)前識(shí)別這些變異，可降低術(shù)中血管損傷的可能性。CT三維可視化在識(shí)別血管方面有特別的優(yōu)勢(shì)，通過旋轉(zhuǎn)、縮放、透明化、組合顯示等工具可以清晰顯示腎及腫瘤的血供情況，個(gè)體化制定手術(shù)計(jì)劃，有利于在適當(dāng)?shù)牟±休o助完成選擇性腎動(dòng)脈阻斷腎部分切除術(shù)。

腎周脂肪的數(shù)量和性質(zhì)可影響腎門解剖、術(shù)野暴露、腫瘤切除和腎臟縫合等重要手術(shù)操作，疏松的腎周脂肪可以輕松地完成游離與顯露，而大量、致密的脂肪在一定程度上會(huì)影響腎部分切除術(shù)的進(jìn)行。術(shù)前評(píng)估患者腎周脂肪的情況對(duì)手術(shù)有一定的幫助。盡管BMI被廣泛用于反映個(gè)體的肥胖度，但目前研究表明BMI與腎部分切除術(shù)的圍手術(shù)期參數(shù)之間沒有相關(guān)性[18-19]，因?yàn)锽MI不能區(qū)分脂肪和肌肉的質(zhì)量以及內(nèi)臟脂肪和皮下脂肪。腎周脂肪厚度的定義為從腎包膜到腎周筋膜在腎靜脈的延長(zhǎng)線上的距離。Macleod等[20]比較了腎周脂肪、BMI、腹部肥胖對(duì)于機(jī)器人輔助腎部分切除術(shù)難度的預(yù)測(cè)價(jià)值，發(fā)現(xiàn)腎周脂肪的測(cè)量與術(shù)中失血量、手術(shù)時(shí)間的增加有關(guān)。除了腎周脂肪數(shù)量，脂肪的性質(zhì)對(duì)腎部分切除術(shù)也有很大影響。梅奧粘連概率(Mayo adhesive probability，MAP)有助于預(yù)測(cè)黏性腎周脂肪的可能性，以評(píng)估腎部分切除術(shù)的困難程度。本評(píng)分系統(tǒng)納入腎周脂肪的表面積、體積和CT值用于評(píng)價(jià)腎周脂肪的數(shù)量及性質(zhì)，評(píng)估具有“黏性”的脂肪的數(shù)量，以預(yù)測(cè)腎部分切除術(shù)手術(shù)過程中游離腎臟和暴露腎血管的難度。

重建后的三維影像可在Touch Viewer系統(tǒng)上進(jìn)行縮放、旋轉(zhuǎn)、組合顯示、顏色調(diào)整、透明化、長(zhǎng)度和體積自動(dòng)測(cè)量及模擬裁切等操作，滿足術(shù)前虛擬手術(shù)規(guī)劃及術(shù)中輔助導(dǎo)航的要求，流程一般為：(1)打開三維可視化結(jié)果；(2)設(shè)置顯示或隱藏組織；(3)調(diào)整組織器官透明度；(4)旋轉(zhuǎn)、縮放，調(diào)整圖像與手術(shù)患者體位一致；(5)全屏顯示，或?qū)胧中g(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，進(jìn)一步幫助手術(shù)醫(yī)師把握手術(shù)過程及術(shù)中變化(圖7)。

本研究初步探究CT三維重建在腎部分切除術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值，分析三維圖像下的相關(guān)參數(shù)對(duì)手術(shù)時(shí)間、腎動(dòng)脈阻斷時(shí)間、出血量、并發(fā)癥等的預(yù)測(cè)價(jià)值，但仍有一定的不足。首先，受限于回顧性研究及樣本量，我們僅分析了三維指標(biāo)與圍手術(shù)期參數(shù)的相關(guān)性，沒有進(jìn)一步分析因果關(guān)系。其次，對(duì)于存在相關(guān)性的指標(biāo)，需進(jìn)一步探究評(píng)價(jià)細(xì)則以更好地預(yù)測(cè)手術(shù)難度及并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于沒有相關(guān)性的指標(biāo)，原因可能是樣本量不足所導(dǎo)致的偏倚；此外，仍有部分指標(biāo)尚未實(shí)現(xiàn)定量評(píng)價(jià)，如血管變異，細(xì)化分型有助于進(jìn)一步提高本評(píng)分系統(tǒng)的臨床應(yīng)用價(jià)值。最后，本文報(bào)告的結(jié)果為單中心經(jīng)驗(yàn)，由于本中心為綜合轉(zhuǎn)診醫(yī)院，可能存在患者的選擇偏倚，未來(lái)需通過多中心前瞻性研究進(jìn)一步證實(shí)以推廣。

綜上，CT三維可視化可清晰顯示腫瘤解剖參數(shù)及血供、脂肪等信息，綜合這些信息構(gòu)成腎腫瘤三維可視化評(píng)價(jià)系統(tǒng)可幫助預(yù)測(cè)腎部分切除術(shù)的手術(shù)難度、圍術(shù)期并發(fā)癥、術(shù)后腎功能等。重建的三維圖像導(dǎo)入指定程序或機(jī)器人操作系統(tǒng)即可完成虛擬手術(shù)及術(shù)中輔助導(dǎo)航，幫助手術(shù)醫(yī)師更好地把握手術(shù)過程。評(píng)分系統(tǒng)所包含的指標(biāo)及各項(xiàng)指標(biāo)的分值權(quán)重尚需根據(jù)多中心大樣本的研究來(lái)證實(shí)及完善。