3D打印技術在復雜性上尿路結石經皮腎鏡取石術治療中的應用效果觀察

聶歡，高強利，汪沅，陳磊，付漢廣，張超雄，黃英杰

武漢科技大學附屬普仁醫院泌尿外科，武漢 430080

國內新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）疫情通過科學預防、控制及救治等措施基本已得到控制［1-2］。武漢科技大學附屬普仁醫院于2020年2月底恢復正常醫療秩序，平診手術和急診手術逐步開放，其中多為針對復雜性上尿路結石患者的經皮腎鏡取石術（PCNL），但為了避免新型冠狀病毒在院內傳播，住院病房仍處于相對封閉狀態。因此，如何對擬行PCNL 的患者及其家屬術前進行有效的醫患溝通，以及如何確保手術安全及質量已成為目前泌尿外科領域亟需解決的問題。3D 打印技術起源于20 世紀80 年代末，該技術借助計算機輔助設計軟件，按照“分層制造、逐層疊加”原理，對任意復雜形狀的物體均可進行三維模型數據重建，通過3D打印系統逐層精確地打印疊加，最終快速、準確地獲得實體模型［3］。目前，該技術已成功應用于骨科、心臟腫瘤外科及泌尿外科等多個醫學領域［4-6］。本研究觀察了在國內疫情期間3D 打印技術輔助PCNL 應用于復雜性上尿路結石患者術前醫患溝通及指導手術方案后的臨床效果，為目前國內COVID-19 疫情期間的術前醫患溝通及手術方案改良提供有效依據。現報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2020 年2 月—10 月武漢科技大學附屬普仁醫院泌尿外科收治的擬行PCNL 的復雜性上尿路結石患者38例，患者均按照疫情期間泌尿外科治療相關建議規范防控及診治［7-9］。納入標準：①符合復雜性上尿路結石的診斷標準［10-11］；②有PCNL 手術指征；③無手術禁忌證。排除標準：①合并惡性腫瘤或傳染性疾病；②凝血功能障礙；③妊娠期、哺乳期女性；④心肺功能無法耐受麻醉和手術；⑤合并高血壓、糖尿病及泌尿道感染未經控制者；⑥造影劑過敏。按照隨機分配的原則將38 例患者分為觀察組20 例和對照組18 例。觀察組男10 例、女10例，年齡（48.8±9.3）歲，手術部位：左側12例、右側8例，結石體積（30.28±3.52）cm3；對照組男9例、女9 例，年齡（51.5±8.9）歲，手術部位：左側10 例、右側8 例，結石體積（32.20 ± 3.11）cm3。兩組上述資料均具有可比性（P均＞0.05）。本研究通過醫院倫理委員會審核，患者及家屬均簽署知情同意書。

1.2 術前溝通方法 兩組術前均與患者當面溝通，與患者家屬進行網絡平臺溝通。觀察組術前進行64 排螺旋CT 掃描（德國GE 公司，Optima660），數據以DICOM 格式保存；對數據進行處理后，采用3D 打印機（ZLY-D600；X）聯合MIMICS16.0 軟件，建立與實際腎臟比例為1∶1 的患側腎臟模型，包括腎臟外形、腎皮質、腎動靜脈、結石形狀體積、結石所在腎盞與其他腎盞及腎盂之間的空間毗鄰關系及腎臟一級和二級血管；采用光敏樹脂材料打印3D 數字模型，應用該模型與患者進行術前溝通。常規組借助CT或KUB 平片等影像學資料與患者進行術前溝通，并于網絡平臺（騰訊會議或釘釘會議）向患者家屬直播，讓家屬也能參與討論。

1.3 手術方法 觀察組采用3D 打印模型輔助PCNL，方法如下：術前應用MIMICS16.0軟件的仿真功能對模型進行手術模擬，并記錄計劃穿刺點的部位、角度、深度；患者全身麻醉或者連續硬膜外麻醉后取截石位，使用8/9.5 F STORZ 輸尿管硬鏡在斑馬導絲引導下探查患側輸尿管至腎盂，逆行置入5 F輸尿管導管，經其向腎盂內注水，創建人工腎積水；根據術前3D打印模型所規劃的最佳穿刺通道、穿刺深度和穿刺點，在B 超引導下，使用18 G 經皮腎穿刺針穿刺至目標腎盞，置入導絲，分別以F14、F20筋膜擴張器擴張通道后放入20 號鞘，建立經皮腎通道，置入500 μm 鈥激光光纖；在碎石過程中，根據3D 打印模型顯示集合系統的不同角度進行腎盞探查及碎石；術后5～7 d 復查KUB 平片，以確定手術碎石效果及體內留置的雙J 管是否移位，若效果欠佳則擇期行二次手術，雙J管常規留置2～4周，拔除雙J 管后再次復查KUB 平片，影像學提示無殘石或結石殘塊直徑＜4 mm 且無臨床癥狀則視為手術成功。對照組根據術前CT 或KUB 平片等影像學資料規劃手術穿刺通道、穿刺深度和穿刺點，采取腎單通道或多通道治療復雜性上尿路結石。兩組PCNL 均由同一名泌尿外科醫師（行PCNL 超過100 次）主刀操作完成。

1.4 醫患溝通與手術療效相關指標觀察方法 ①醫患溝通相關指標：記錄兩組的術前溝通時間，即在安靜的環境里，術者對患者及家屬進行術前溝通，由溝通開始至患者及家屬對復雜性上尿路結石情況、手術治療優缺點、并發癥及相應處理措施等完全了解所需要的時間。采用視覺模擬評分（VAS）［12］設計醫患溝通相關調查問卷，采取0～10 分的漸進式評分模式，記錄兩組的理解程度、溝通滿意度，分值越高表示理解程度越好、溝通滿意度越高。②手術相關指標：記錄兩組的手術時間、住院時間、術后血紅蛋白下降值，并發癥發生情況，二期手術率、最終結石清除率。并發癥包括術中、術后大出血需輸血或動脈栓塞、感染（包括尿膿毒血癥、感染性休克、全身炎癥反應綜合征）、集合系統損傷和液體外滲（包括集合系統穿孔、輸尿管撕脫傷和狹窄、胸腔積液、腎周積液、腹腔積液）、器官（包括肺、胸膜、結腸、小腸、肝臟、胰腺等）損傷、膀胱刺激征、尿路梗阻、腎絞痛、失腎等。最終結石清除率=手術成功患者例數/手術患者總例數×100%。

1.5 統計學方法 采用SPSS22.0 統計軟件。計量資料采用Shapiro-Wilk 正態性檢驗，呈正態分布以-x±s表示，數據比較采用t檢驗；非正態分布以M（P25，P75）表示，數據比較采用秩和檢驗。計數資料以n（%）表示，數據比較采用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

兩組均順利完成手術，觀察組均成功打印3D模型。觀察組、對照組術前溝通時間分別為（15.9 ±3.8）、（16.3 ± 3.5）min，理解程度分別為（9.1 ±0.4）、（9.0±0.7）分，兩組比較P均＞0.05；觀察組、對照組溝通滿意度分別為（9.3±0.3）、（8.9±0.4）分，兩組比較P＜0.05。觀察組和對照組手術時間分別為（96.5±7.8）、（104.7±13.5）min，住院時間分別為（13.4±1.6）、（15.1±2.2）d、術后血紅蛋白下降值分別為（1.7±0.3）、（2.4±0.2）g/L，兩組比較P均＜0.05。觀察組并發癥發生率為10.0%（2/20，術后發熱1 例、術后腎絞痛1 例）、二期手術率為0，對照組并發癥發生率為38.9%［7/18，術后發熱4 例（其中出現感染性休克1 例）、術中術后出血需要輸血3 例］、二期手術率為11.1%（4/18），兩組比較P均＜0.05。觀察組最終結石清除率為90.0%（18/20），對照組為83.3%（15/18），兩組比較P＞0.05。

3 討論

隨著COVID-19 疫情防控形勢持續向好，武漢科技大學附屬普仁醫院的正常醫療秩序逐漸恢復，2020 年泌尿外科住院患者基本為復雜性上尿路結石的急重癥患者。以往臨床上治療復雜性上尿路結石的難度較大、風險較高，近年來雖然隨著腔鏡微創技術的發展及腔鏡手術器械的改進，PCNL 已成為目前臨床上處理復雜性腎結石的重要手術方法，但無論依靠超聲或X線定位穿刺均只能提供非立體的平面圖像，可能會影響取石成功率或導致術中周圍臟器損傷、腎臟出血等并發癥發生，甚至危及生命［13-14］。因此，如何成功選擇并確立高效、安全的手術穿刺通道，對于提高PCNL 取石成功率及減少不良反應的發生至關重要。

有研究借助3D 打印技術打印出復雜性腎結石3D 模型，術前不僅可以根據模型精準測量結石形狀體積、結石所在腎盞與其他腎盞及腎盂之間的空間毗鄰關系及腎臟一級和二級血管的分布情況，皮膚、結石腎盞、腎盂的距離、角度及擬穿刺目標腎盞與毗鄰腎盞的角度關系等，更有利于制定最佳的手術穿刺通道，設計出更加個性化的手術方案，提高最終結石清除率、降低并發癥發生率［15-17］。國內學者魏曉松等［18］、王江平等［19］發現，將3D 打印結石模型用于術前醫患溝通中，可使患者在術前首次直觀地看到自己的“結石”在上尿路的分布情況，有助于患者對自己的疾病有一個比較清晰的印象，同時可以對手術治療方案優缺點、療效和相關并發癥有一個清楚的認識，從而促進醫患交流溝通。但本研究結果顯示，兩組術前溝通時間及理解程度比較均無統計學差異，觀察組溝通滿意度明顯高于對照組。分析其原因可能是疫情期間正常醫療秩序被破壞，而隨著平診手術和急診手術的逐步開放，患者本身求醫手術的意愿較平時更為強烈，并且部分PCNL 患者與父母子女等直系家屬分居兩地，特別是年紀較大的患者子女外出學習或居住異地的不在少數，既往沒有有效的溝通平臺，往往對病情不熟悉，而異地親屬對于治療方案或多或少存在一些顧慮，不僅可能耽誤病情，還會給治療埋下了醫療糾紛的可能。此次疫情一方面給社會帶來了很大的危害，但同時也構建了一個理想的模型：疫情期間因為隔離原因，患者家屬不能在醫院陪伴，病情溝通時會借助網絡平臺視頻及語音進行醫生、患者及家屬三方的術前溝通，因此本研究兩組術前溝通時間及理解程度比較均無統計學差異；但對于風險較大、費用較多的特殊操作仍存在溝通不便的可能，單純運用CT、KUB 等影像學資料仍不能使患者及家屬充分理解，而借助3D打印模型能夠使用更為淺顯的語言向患者及家屬在網絡平臺上講解疾病特點、手術方案、手術并發癥及預防的相關知識，使患者及家屬都能對病情有直觀且真實的認識，因此觀察組溝通滿意度高于對照組。雖然目前疫情已經得到控制，即使在防疫常態化的今天，術前醫患溝通時運用3D打印技術對于防止疫情在醫院的傳播也具有重要意義。

本研究結果顯示，觀察組手術時間、住院時間、術后血紅蛋白下降值、并發癥發生率及二期手術率均明顯低于對照組，提示3D打印技術所提供的模型能夠在PCNL 術中給予實時指導，對于縮短手術時間、提高手術成功率及減少并發癥發生均具有重要意義。在PCNL 單通道手術的術前模擬及實際操作中，借助3D 打印模型或泌尿系CT 三維重建均可以準確制定手術最佳的穿刺通道；但對于PCNL 需多通道手術者，3D 打印模型較CT 三維重建及術前彩超有著明顯優勢，究其原因可能由于單通道手術往往意味著結石處理相對簡單，此時僅需關注皮膚、結石腎盞、腎盂的距離、角度及擬穿刺目標腎盞與毗鄰腎盞的角度關系，而3D 打印模型與泌尿系CT 三維重建均能精準測量結石與腎盞及腎盂的毗鄰關系，通過術中彩超制定的手術穿刺通道可以達到一致；但多通道穿刺意味著需兼顧不同腎盞間多個結石的碎石效果，運用3D 打印模型可以構建三維立體空間，并在術前嘗試各種穿刺方案，從而避免不必要的術中穿刺和擴張，更利于在術中制定最佳的穿刺通道，最終減少術中出血量及各種副損傷、不良反應的發生。DAESAI 等［20］也同樣認為，在PCNL 術前應用3D 打印技術對于選擇如何處理復雜鹿角型結石具有重要意義。

疫情后來院接受PCNL 手術的患者多為急重癥，相應的手術風險較普通患者高，本研究中有14例患者術前合并感染性休克、膿毒敗血癥，均在感染控制、體溫恢復正常后再行手術，這也相應地增加了患者手術前的住院時間。而術中利用3D 打印模型引導腎鏡在集合系統內進行腎盞探查及碎石，可以大大減少手術時間及手術操作對腎盞、集合系統、周圍組織的損傷，術后僅有1例出現發熱，加強抗感染后癥狀緩解，無輸血等其他并發癥發生，因此患者術后住院時間相對減少。

綜上所述，3D 打印技術所提供的模型能夠精確顯示結石體積、形態及與血管、腎盂腎盞、周圍臟器的空間關系，不僅有助于促進復雜性上尿路結石患者PCNL 術前的醫患溝通，同時有助于手術方案的制定及術中模型實時指導，從而縮短手術時間、提高手術成功率及減少并發癥發生。但目前3D 打印技術仍受到成本過高、材料單一、打印時間相對較長等限制，相信隨著3D 打印技術的不斷發展、打印材料的不斷更新，這些問題將會被逐一克服，該技術在泌尿外科臨床領域將會發揮更大的作用。