基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟手术操作在经皮肾镜碎石取石术中的应用.pdf

本研究探讨基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟手术操作在经皮肾镜碎石取石术 治疗复杂性肾结石患者的效果。选取96例复杂性肾结石患者，采取随机分组方式分为3D组、常 规组，各48例，3D组采用基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟经皮肾镜碎石取石手术操 作方式实施治疗,常规组仅采取手术前CT三维重建进行手术定位下经皮肾镜碎石取石术治疗。对比两组患者手术时间、手术出血量、单次穿刺成功率、术后结石清除率，以及外周血白细胞计数(WRC)、血红蛋白(Hb),血清降钙素原(PCT)、C反应蛋白(CRP)、胱抑素C(CysC)、血尿素氮(RUN)、血肌肝(Sr)的变化，并记录两组患者的手术并发症发生情况。3D组的手术时间、手术出 血量均低于常规组患者，3D组患者的单次穿刺成功率高于常规组(P0.05)；3D组患者在术后 24 h的血清CysC水平低于常规组(P0.05)；术前、术后24 h、术后72 h监测两组患者的外周血 WRC、Hb,血清PCT、CRP变化情况，3D组和常规组患者的外周血 WRC、Hb,血清PCT、CRP变 化变化趋势比较，差异无统计学意义(P0.05)；术后统计两组患者手术并发症，3D组的并发症率(4.17%)低于常规组患者的(16.67%)(P0.05)。基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟 手术可有效缩短手术操作时间、减少出血量，提高单次成功率，降低手术对患者肾功能的损伤程度。关键词：CT三维重建；3D打印；经皮肾镜碎石取石术；复杂性肾结石 doi：10.7517/issn 1674-0475.221026Application of Preoperative 3D Printing Model Simulating Operation in Percutaneous Nephrolithotomy based on CT Three-dimensional Recon&truct#onImag#ngZHAO Shuxiao,LI Feng*,QIN Zhibiao,BI Gewen,LEI Hua,2022-10-18 收稿，2022-11-16 录用*通讯作者LI Qig uang,ZHENG Fang,NINGXin,HUANGJuezhuo,GU Neng yuThe First Affiliated Hospital:f Gu angJ University:f Chinese Medicine,Nanning 530023,Gu angxi,P.R.ChinaAbstract:Thisstudyinvestig atedtheefec to fpr eo per ative3Dpr inting mo delbasedo nCT3Dr ec o nstr uc tio nimag ing to simulate sur g ic alo per atio ninthetr eatmento fpatientswithc o mplexkidneysto nesbyper c utaneo usnephr o litho to my 96patientswith c o mplexkidneysto neswer eselec tedandtheywer er ando mlydividedinto a3Dg r o upandar o utineg r o up with48c asesineac h1718影 像 科 学 与 光 化 学第41卷g r o up.Thepatientsin 3D g r o up wer etr eated with pr eo per ative3D pr inted mo delsimulatestheo per atio n o fper c utaneo us ephr o litho to my based o n CT thr ee-dimensio nal r ec o nstr uc tio n imag ing,and the r o utine g r o up o nly takes pr eo per ative CT thr eedimensio nal r ec o nstr uc tio n fo r per c utaneo us nephr o litho to my under sur g ic al po sitio ning.The o per atio n time,o per ative blo o d lo ss,suc c ess r ate o f sing le punc tur e,po sto per ative sto ne c lear anc e r ate,and the c hang es o f per ipher al blo o d white blo o d c ells(WBC),hemo g lo bin(Hb),ser um pr o c alc to nin(PCT),C-r eac tive pr o tein(CRP),c ystatin C(CysC),blo o d ur ea nitr o g en(BUN)and ser umc r eati0i0e(Sc r)wer ec o mpar edbetwee0thetwo g r o ups a0dtheo per ativec o mplic atio 0so fthetwo g r o upswer er ec o r ded.Theo per atio 0timea0do per ativeblo o dlo ssi0the3Dg r o upwer elo wer tha0tho sei0thec o 0ve0tio 0alg r o up a0dthesuc c essr ate o fsi0g lepu0c tur ei0the3Dg r o upwashig her tha0thati0thec o 0ve0tio 0alg r o up(P0.05).Thelevelo fCysCat24ho ur safter o per atio 0waslo wer tha0thato fther o uti0eg r o up(P0.05).Thec ha0g eso fper ipher alblo o dWBC Hb ser umPCT a0dCRP o fthetwo g r o upso fpatie0tswer emo 0ito r edbefo r esur g er y 24ho ur safter sur g er y a0d72ho ur safter sur g er y.Ther ewas0o sig 0ific a0tdifer e0c ei0thec ha0g etr e0dso fper ipher alblo o dWBC Hb ser umPCTa0dCRPbetwee03Dg r o upa0dr o uti0eg r o up(P0.05).After sur g er y the c o mplic atio ns wer e c o unted in the two g r o ups,the c o mplic atio n r ate o f the 3D g r o up was 4.17%whic h lo wer than that o f the c o nventio nal g r o up 16.67%(P0.05)+纳入标准:年 龄1969岁；出现肾绞痛、发热、血尿、恶心等临床 症状，入院后经腹部X线平片(KUB)、泌尿系统超声 等辅助检查确诊为肾结石；结石直径$2.0 c m,均为畸形肾结石、多发性肾结石、鹿角形肾结石的复 杂性肾结石患者;患者自愿接受本研究相关检查及 手术+排除标准:合并严重的感染性疾病(腹腔感 染、泌尿系统感染、肺部感染等)患者;严重的心肺功 能不全患者；恶性肿瘤患者;血液系统疾病患者;对 造影剂过敏的患者；肾脏存在先天性结构或功能异 常的患者。1.2 CT三维重建及3D打印技术常规组采取手术前CT三维重建进行手术定 位,CT检查后对肾脏结构、泌尿管道走行和结石存第1期 赵书晓等:基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟手术操作在经皮肾镜碎石取石术中的应用19在位置及数量进行重建。患者呈仰卧位，设置CT 检查参数:管电压120 kV,管电流200 mA,采集图 像及重建时，层厚均设为5 mm0在执行增强扫描 时，使用高压注射器以2.5 mL/s的速率，注射剂量 为1.5 mL/kg的造影剂，获取三期图像，然后在三 维图像软件中 获取的图像。3D组采用基于CT三维重建成像术前3D打印 模型模拟经皮肾镜碎石取石手术操作方式实施治 疗，标记患者肾盂肾盏位置，见图l（a（CT三维重建肾盂肾盏并测量夹角情况，见图1（b）。于3-mat-ic软件中填充、处理重建后的模型，模拟软镜弯曲取 石图1（c）*单独打印肾盂肾盏，见图1（d）。整体 覆以2.0 mm的蒙版，确保患者肾盂结构与打印模 的结构保持一致。随后 导出，并于3D打印机中打印出来。利用经皮肾镜碎石术在肾盂肾盏 拟手术，模拟 清除结石的整个,在模拟术时,重点模拟在 下准确定位结石。图1（a）患者CT扫描标记患者肾盂肾盏位置；（b）CT三维重建肾盂肾盏并测量夹角情况;（c）三维重建下模拟软镜弯曲取石；（d）3D打印技术打印肾盂肾盏模型1.3手术方法手术方法患者全身麻醉后，取截石位。（1）留置46F 输尿管导管，将其插入肾盂,将静脉 管连接上以向其注入水或者造影剂。（2）经皮肾穿刺:确定穿刺 路径后，按照模拟手术计划执行。（3）扩张经皮肾通 道:穿刺完成后，置入导丝，将穿刺处的皮肤及皮下 组织切开，扩张肾盂或肾盏内观察到针鞘的远端，成 后 出，再利用筋膜 器 通道+（4）保存手术视频供分析。1.4实验室检测实验室检测采集患者静脉血4 mL,离心（1500 r/min,20 min）后分离上清液，通过免疫荧光测定法测量 PCT水平。CysC采用乳胶免疫比浊法测定；BUN 采用二乙酰-亏法测定;Sc r采用苦味酸比色法测定0 CRP水平使用免疫比浊法进行检测。上述指标检 测所用仪器为日立7060全自动生化分析仪。采用 血细胞分析仪检测Hb水平（比色法）0使用自动计 数器 WBC 计数+1.5统计学处理统计学处理数据分析软件采用SPSS 21.0。计量指标经正 态分布检验，均符合近似正态分布或正态分布，采用 均数士标准差（王士s）表示，两组之间比较采用t检 验;计数资料采用百分率（）表示，组间比较采用 才检验;检验水准:&=0.05。2结果2.1两组患者的手术操作、手术效果指标比较两组患者的手术操作、手术效果指标比较3D组的手术时间、手术出血量均显著低于常规 组患者,3D组患者的单次穿刺成功率显著高于常规 组（50.05）。详见表1表1两组患者的手术操作、手术效果指标比较组别n术时间（min）术出量（mL）单次刺 率（）术后石清除率（）3D组4843.12 士 5.202204士37147(97 92)46(9583)常规组4847.846.452486士45039(81 25)42(8750)3.947335071442182p000000010008014020影像科学与光化学第41卷2.2两组患者的肾功能指标比较两组患者的肾功能指标比较术前、术后24 h、术后72 h监测两组患者的肾 功能指标变化情况，3D组和常规组患者的BUN、Sc r值比较，差异均无统计学意义（P0.05）；3D组 患者在术后24 h的血清CysC水平显著低于常规组（P0.05）。详见表 2。23 两组患者的 标比两组患者的 标比术前、术后24 h、术后72 h监测两组患者的外 周血WBC、Hb,血清PCT、CRP变化情况，两组患 者的外周血WBC、Hb,血清PCT、CRP比较，差异 均无统计学意义（P0.05）。详见表3。2.4两组患者的手术并发症率比较两组患者的手术并发症率比较3D组的术后并发症发生率为4.17%,低于常 规组患者的16.67%（P0.05）。详见表4。3影像学评估在肾结石的诊断、治疗及随访中发 挥着不可替代的作用口0*,临床已证实，利用CT三 维重建，可以获得立体的泌尿系统图像，指导手术方表2两组患者的肾功能指标比较指标组术前术后24 h术后72 hBUN(mmo l/L)3D组634士120668士140648士139常组617士132682士151670士143t066004710764P051106390447Sc r(&mo l/L)3D组8731士94010753士112710324士1055常组8486士87811171士126510518士1104t132017090880P019000910381CysC(mg/L)3D组148士039238士045221士048常组140士032264士048234士050t109927381299P027500070197表3两组患者的实验室指标比较指标组术前术后24 h术后72hWBC(X109/L)3D组941士1401203士1861077士154常组914士1481234士1921120士161t091808031337P036104240184Hb(g/L)3D组1321士691240士551288士62常组1340士751256士621300士68t1.29213380903P020001840369PCT(ng/mL)3D组019士006032士010027士008常组020士006033士011028士008t081604660612P041606420542CRP(mg/L)3D组378士086942士211756士186常组346士0881010士284781士193t180213320646P007501860520表4两组患者的手术并发症率情况组别n发热泌尿系统感染肺部感染出血总并发症（）3D组4801012(417)常规组4822138(1667)4019P0045第1期 赵书晓等:基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟手术操作在经皮肾镜碎石取石术中的应用21式的选择口1+但是此方法也有诸多不足,医师获取 的图像只有几个视角，很多需求不能得到满足，且在 发生严重梗阻时,肾盏肾盂中造影剂分布不均，也会 影响图像质量如何更加全面地收集术前资料 是实施治疗的关键。本研究3D组采用基于CT三维重建成像术前 3D打印模型模拟经皮肾镜碎石取石手术操作方式 实施治疗，结果显示,3D组的手术时间、手术出血量 显著较常规组低，单次穿刺成功率显著高于常规组+以往有研究发现CT三维重建技术在指导经皮肾镜 碎石取石术用于指导手术时能够提高穿刺的成功 率，减少出血量)3*+但是经皮肾镜碎石取石术在治 疗复杂性结石时，还需要考虑不同特点的结石的入 路方式，这样才能保证治疗效果+3D打印建模技术 已成为实施手术模拟训练的常用手段，具有无创、重 复性好及成本低的特点，已在关节镜训练模拟器、内 镜鼻旁窦手术模拟器等虚拟仿真手术中得到应 用匚14*+通过3D打印模型来模拟手术，节约了大量 时间及成本，在真正手术前将一切可预判因素考虑 清楚，能显著降低真正手术时的风险。但是,因为影 像学技术尚不完善，模型的构建还不够成熟,还需要 进一步改善。经皮肾镜碎石取石术引起出血的原因 与肾内血管的损伤及动静脉痿形成有关)5*+本研 究基于CT技术，构建了肾结石三维可视化模型,再 通过3D打印建模规划和设计手术方案，提高了穿 刺率，减少出血量。常规经皮肾镜碎石取石术是“一次性”的，手术 结果也是不可逆的，如果穿刺失败导致的周围组织 器官的损伤将会增加术后并发症的发生率，不利于 患者预后。临床在评估并发症的发生风险时，常借 助体温、临床表现及病原学调查等，但是特异性及敏 感性不佳)6*+取石术后易发感染，对于感染的诊断 常借助炎症等生物标志物，如在健康群体内，血清 PCT、CRP等水平处于较低水平,当机体感染时,其 水平急剧增加，甚至会增加到原来水平的几百甚至 上千倍本研究中，术后两组患者的PCT、CRP 及外周血WBC、Hb水平比较，差异无统计学意义,说明基于CT三维重建成像术前3D打印模型模拟 手术对感染指标没有显著影响，不会增加感染的发 生风险，具有一定的安全性。本研究结果显示,3D组比常规组的并发症总发 生率低。3D与医学的结合已经被临床所认可，在泌 尿外科的治疗中，3D技术突破了视野的局限，增加 了手术的可视化及预见性。本研究建立肾结石的三 维解剖模型,并结合相关指标,使得待手术者的肾脏 结构及其与毗邻器官的关系更加清晰及立体化，为 手术方案的制定提供依据。此外,在模拟过程中，可 以实现对模型的放大、缩小及透明化等操作,使得医 师对于手术的掌握更加精准及精细，能够提前预演 真实手术中对突发事件的处理,提升治疗效果+3D打印模型在手术中的应用越来越受到认可,有研究发现,3D打印技术在根管治疗中的效果较传 统技术好)8*,有研究应用3D打印肾盂肾盏模型练 习经皮肾穿刺操作时，穿刺熟练度变高，学习时间缩 短口90+CT三维重建成像与术前3D打印模型模 拟联合尚未在临床应用,基于上述研究背景,本研究 结果发现3D打印可以对肾盂肾盏解剖形态做出更 加直接的显示,利用此种模型,医师之间能方便地进 行术前沟通，制定出合理的方案，改善患者预后，同 时3D打印模型时间短、价格便宜，能在临床广泛 使用。综上所述，基于CT三维重建成像术前3D打印 模型模拟手术可有效缩短手术操作时间、减少出血 量，提高单次成功率,降低手术对患者肾功能的损伤 程度。参考文献：于小平，康福霞，杨 艳，等.护理干预在微创经皮肾镜取石 术联合输尿管软镜治疗复杂性肾结石患者中的应用效果 国际护理学杂志，2019,38(14):2297-2299.庄剑秋，郎根强，邓晓俊，等.微创经皮肾镜取石术与标准通 道经皮肾镜取石术的临床效果分析现代泌尿外科杂志,2011,16(6):539-541.陈泽华.微创经皮肾镜取石术与标准通道经皮肾镜取石术治 疗肾结石的临床对比观察中国当代医药，2013,20(31)：42-43)4*Reimer RP SalemJ Mer ktM etal Sizeandvo lumeo fkid-ney sto nes in c o mputed to mo g r aphy:Influenc e o f ac quisitio n tec hniquesandimag er ec o nstr uc tio npar ameter s)J*.Eu r:pean J:u rnal:fRadi:l:gy 2020 132(8):e109267.李逊,孟祥军,曾国华,等.CT三维重建在经皮肾镜取石22影 像 科 学 与 光 化 学第41卷术中的应用价值中华泌尿外科杂志！2007,28(6)：379-381陈林泽，何灼彬！王卫峰.3D打印建模辅助下斜仰截石位超 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