CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)在腎腫瘤保留腎單位腎部分切除術(shù)診斷和治療中的應(yīng)用研究

馬智勇，才 華，左宏超，狄 雷，谷一鳴，鄭宗宇，王偉剛*

(1.吉林大學(xué)第一醫(yī)院 泌尿外二科，吉林 長春130021；2.長春理工大學(xué)電子信息工程學(xué)院；3.長春智一光電有限公司)

腎臟腫瘤診斷依賴計算機斷層掃描(CT)尤其是增強CT[1]。在手術(shù)前，經(jīng)常要行CT血管造影(CTA)檢查，以明確是否存在腎臟動脈或靜脈的血管畸型，動脈與靜脈的上下關(guān)系，減少手術(shù)風(fēng)險。但是，在臨床實踐中，經(jīng)常會遇到腎臟或腫瘤與周圍組織粘連嚴(yán)重，分離困難的情況。此時，如果能迅速找到腎臟動脈的主干將會大大降低手術(shù)難度，然而僅依靠增強CT或CTA不能完全達(dá)到立體呈像的要求，醫(yī)生術(shù)中仍須依靠經(jīng)驗及耐心一點點摸索前行，有時就會引發(fā)大出血，嚴(yán)重時會危及病人生命。XR擴展現(xiàn)實(extended-range)是虛擬現(xiàn)實(VR)、增強現(xiàn)實(AR)和混合現(xiàn)實(MR)的統(tǒng)稱[2]。MR介于VR和AR之間，在虛擬世界、現(xiàn)實世界和用戶之間，利用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)實時交互的復(fù)雜環(huán)境[3]。本研究納入吉林大學(xué)第一醫(yī)院泌尿外二科于2020年1月至2022年1月64例腎腫瘤保留腎單位腎部分切除術(shù)(NSS)患者，研究CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)在腎臟腫瘤診斷和NSS手術(shù)臨床應(yīng)用中的價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選擇2020年1月-2022年1月在吉林大學(xué)第一醫(yī)院泌尿外二科治療的腎腫瘤患者64例，均行NSS手術(shù)。患者術(shù)前隨機分為二組。應(yīng)用MR技術(shù)的患者為MR組，32例，其余32例為對照組。MR組男性20例，女性12例，平均年齡48.0±5.7歲，左腎腫瘤18例，右腎腫瘤14例，腫瘤大小平均2.8±0.9 cm。對照組男性18例，女性14例，平均年齡50.1±6.4歲，左腎腫瘤21例，右腎腫瘤11例，腫瘤大小平均2.7±0.7 cm。入選標(biāo)準(zhǔn)：腫瘤直徑小于5 cm；首次發(fā)病；腫瘤界限清晰。排除標(biāo)準(zhǔn)：腫瘤直徑大于5 cm；復(fù)發(fā)腎臟腫瘤；凝血機制異常；嚴(yán)重心腦血管疾病。2組患者一般資料比較差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，見表1。

表1 2組患者一般資料比較

1.2 方法

1.2.1術(shù)前常規(guī)檢查 收集入組者所有臨床資料，包括病史、實驗室檢查、影像學(xué)檢查。實驗室檢查包括血常規(guī)、尿常規(guī)、凝血常規(guī)、血型、肝功、腎功、空腹血糖。影像學(xué)檢查包括肺CT、腎臟CT平掃加上三期增強。

1.2.2MR技術(shù)在腎臟腫瘤診斷中的應(yīng)用 將所有患者腎臟增強CT數(shù)據(jù)重構(gòu)，導(dǎo)出為DICOM格式，通過虛擬仿真技術(shù)對斷面圖像分割處理，使用閾值與區(qū)域生長的圖像分割方法提取重建組織，并定義相應(yīng)解剖部位的顏色，使得呈現(xiàn)出來的人體結(jié)構(gòu)具有高度的逼真感。三維圖像經(jīng)過三維軟件編程后導(dǎo)出，通過MR眼鏡微軟Hololens2可以直接操作觀看。重建后的腎臟可三維立體呈現(xiàn)，腎盞、血管以及腫瘤(占位)的顏色不同以便區(qū)分[4-5]。在腎臟腫瘤分期中，MR技術(shù)有助于分辨腫瘤是否侵及脈管及腎周脂肪。如果有患者腫瘤侵及脈管及腎周脂肪則需排除本研究。

1.2.3MR技術(shù)在腎臟腫瘤治療中的應(yīng)用 術(shù)前醫(yī)生可以通過MR眼鏡微軟Hololens2可以直接操作觀看，通過手勢操作，隱藏遮擋肋骨及臟器，顯露腫瘤與血管結(jié)構(gòu)，預(yù)先進(jìn)行虛擬腫瘤切除。確定切除范圍，依靠三維重建系統(tǒng)軟件生成相關(guān)定量數(shù)據(jù)，計算預(yù)切除腎臟組織體積。根據(jù)腎臟解剖與腫瘤情況，判斷腎臟切除范圍 及安全界限。明確手術(shù)切面及入路，判斷該切面中可能包含的重要血管，可根據(jù)三維模擬手術(shù)隨時調(diào)整手術(shù)方案。

XR術(shù)中可視化，術(shù)中實際解剖結(jié)構(gòu)與全息三維圖像配準(zhǔn)，辨別腎集合系統(tǒng)及腎動脈位置。醫(yī)生可通過微軟Hololens2眼鏡觀看重建的病灶與器官的三維虛擬影像。

1.2.3治療方法 所有患者手術(shù)均由同一名泌尿外科醫(yī)生完成。病人均行后腹腔鏡保留腎單位腎部分切除術(shù)。術(shù)中采用3枚通道，1枚置入腹腔鏡，2枚為操作通道。術(shù)后留置1枚引流管。

1.2.4術(shù)中及術(shù)后觀察指標(biāo) 觀察手術(shù)時間、術(shù)中出血量、住院時間、離床活動時間、手術(shù)前后腎功變化、術(shù)后并發(fā)癥、住院費用等指標(biāo)。

2 結(jié)果

CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)組手術(shù)時間91.5(78.0，157.0)min，對照組為124.5(89.0，242.0)min，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)組出血量56.0(30.0，150.0)ml明顯低于對照組85.0(32.0，320.0)ml(P<0.001)。CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)組住院時間7.0(6.0，8.0)天，對照組10.0(7.0，20.0)天，CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)組出院明顯早于對照組(P<0.001)。CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)組離床活動時間3.0(3.0，5.0)天明顯早于對照組5.0(4.0，11.0)天(P<0.001)。手術(shù)前后腎功變化兩組間沒有顯著差異。CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)組未出現(xiàn)術(shù)后并發(fā)癥，對照組1例術(shù)后第二天腎臟出血，行腎臟超選擇動脈栓塞后好轉(zhuǎn)。CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)組住院費用(20454.0±1443.8元)低于對照組(20488.4±1752.5元)，但差異不顯著(P=0.932)。

3 討論

隨著生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對醫(yī)療水平的要求也不斷提高。醫(yī)學(xué)工作者需要不斷完善醫(yī)療設(shè)備，不斷提高手術(shù)技能以便滿足患者的要求。腎臟腫瘤保留腎單位腎部分切除術(shù)是泌尿外科領(lǐng)域的高難度手術(shù)[6]。他要求精準(zhǔn)地找到腎動脈主干或所有分支血管，要求完整切除腫瘤，止血徹底，防止尿瘺及出血，盡量縮短血管阻斷時間。只有完美地解決上述問題，患者才能有最好的預(yù)后。以往醫(yī)生都是依據(jù)術(shù)前觀看的CT等影像資料，在頭腦中憑借經(jīng)驗溝勒出術(shù)區(qū)腎臟、血管、腫瘤、腎盂等器官的大體情況，術(shù)中再仔細(xì)尋找這些參照部位[7]。有經(jīng)驗的醫(yī)生尋找腫瘤及血管可能快一些，年輕醫(yī)生會慢一些，當(dāng)遇到粘連嚴(yán)重，血管畸型等復(fù)雜病例時，風(fēng)險就會明顯增加。如何有效地解決這些問題，醫(yī)學(xué)及各領(lǐng)域?qū)＜蚁氤隽嗽S多辦法，其中就包括MR技術(shù)的臨床應(yīng)用[8]。

表2 MR組與對照組術(shù)中及術(shù)后各指標(biāo)比較

MR是XR擴展現(xiàn)實的一種。未來，人類的交互方式將由2D交互向更具效率的3D轉(zhuǎn)變。3D視覺交互系統(tǒng)則取決于VR、AR和MR的發(fā)展，這些技術(shù)統(tǒng)稱為擴展現(xiàn)實(XR)[2]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用頭戴設(shè)備模擬真實世界的3D互動環(huán)境；增強現(xiàn)實則是通過電子設(shè)備將各種信息和影像疊加到現(xiàn)實世界中；混合現(xiàn)實介于VR和AR之間，在虛擬世界、現(xiàn)實世界和用戶之間，利用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)實時交互的復(fù)雜環(huán)境[9-10]。

本研究在該項目中應(yīng)用MR技術(shù)主要解決以下幾個問題。(1)在術(shù)前，醫(yī)生可以通過MR眼鏡微軟Hololens2直接操作觀看，通過手勢操作，隱藏遮擋，顯露腫瘤與血管結(jié)構(gòu)，對腫瘤的診斷及分期有重要意義；可以預(yù)先進(jìn)行虛擬腫瘤切除，確定切除范圍，依靠三維重建系統(tǒng)軟件生成相關(guān)定量數(shù)據(jù)，計算預(yù)切除腎臟組織體積；根據(jù)腎臟解剖與腫瘤情況，判斷腎臟切除范圍及安全界限；明確手術(shù)切面及入路，判斷該切面中可能包含的重要血管，可根據(jù)三維模擬手術(shù)隨時調(diào)整手術(shù)方案。(2)XR術(shù)中可視化，術(shù)中實際解剖結(jié)構(gòu)與全息三維圖像配準(zhǔn)，辨別腎集合系統(tǒng)及腎動脈位置；醫(yī)生可通過微軟Hololens2眼鏡觀看重建的病灶與器官的三維虛擬影像，有效避免傷及腎臟集合系統(tǒng)及重要血管，防止術(shù)中術(shù)后大出血及尿瘺。

我國已有多家單位的泌尿外科在三維重建領(lǐng)域進(jìn)行了有益的探索[4,11]。張江偉等運用三維重建技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化開放式活體腎移植供腎切取術(shù)[12]。三維重建組供者于術(shù)前通過獲取雙腎醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建，并根據(jù)重建模型制訂手術(shù)方案或進(jìn)行模擬手術(shù)。術(shù)后發(fā)現(xiàn)三維重建組供腎切取術(shù)手術(shù)時間短于傳統(tǒng)術(shù)式組，其術(shù)中出血量也少于傳統(tǒng)術(shù)式組。北京大學(xué)第一醫(yī)院李學(xué)松教授等結(jié)合CT三維重建及術(shù)中認(rèn)知融合手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，幫助術(shù)者在復(fù)雜的瘢痕粘連中準(zhǔn)確、高效地辨認(rèn)輸尿管狹窄段且避免損傷周圍正常組織，取得了很好的效果[13]。本研究中我們也發(fā)現(xiàn)，MR組手術(shù)術(shù)中出血量也是明顯少于對照組。這說明術(shù)前及術(shù)中通過MR技術(shù)重建解剖標(biāo)識對于手術(shù)操作是非常重要和有益的。

CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)在臨床教學(xué)工作中也能夠起到非常重要的作用[14-15]。醫(yī)生的手術(shù)水平對于手術(shù)的成功至關(guān)重要，需要長期大量的培訓(xùn)才行。但是實習(xí)醫(yī)生往往受到倫理和法律約束，缺乏手術(shù)實驗資源，很大程度受到時間和空間的限制導(dǎo)致復(fù)雜手術(shù)學(xué)習(xí)曲線長。三維影像重構(gòu)可應(yīng)用在虛擬仿真實驗教學(xué)中，它可提供眾多真實器官組織生物結(jié)構(gòu)和生物力學(xué)特征的手術(shù)仿真場景。這樣可以讓醫(yī)生在無時間和空間限制的條件下反復(fù)進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練，可減少對患者造成醫(yī)源性傷害的潛在危險。不僅解決了醫(yī)學(xué)實踐教學(xué)資源短缺的問題，還彌補了以往教學(xué)的單一性、枯燥性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，具有較強的交互性、沉浸性等特征，促使學(xué)生在具體的操作中，達(dá)到“身臨其境”的體驗和感受。

總之，CT三維重建結(jié)合MR技術(shù)不僅在泌尿外科臨床實踐中起到重要作用，它在其它醫(yī)療領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用前景。