孫圣坤 黃自立 張磊 張旭

1中國人民解放軍總醫(yī)院泌尿外科 100853 北京2中國人民解放軍總醫(yī)院放射科

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論 著

數(shù)字腎精準(zhǔn)定位內(nèi)生性腫瘤在腎部分切除術(shù)中的應(yīng)用

孫圣坤1黃自立2張磊1張旭1

1中國人民解放軍總醫(yī)院泌尿外科 100853 北京2中國人民解放軍總醫(yī)院放射科

目的：介紹應(yīng)用數(shù)字腎模型定位內(nèi)生性腎腫瘤、實施腎部分切除手術(shù)的經(jīng)驗。方法：患者術(shù)前影像學(xué)檢查明確診斷為內(nèi)生性腫瘤，應(yīng)用MIMICS軟件重建數(shù)字腎模型，計算腫瘤距離腎臟上下極、外側(cè)輪廓線的位置，得出定位數(shù)據(jù)。在手術(shù)中根據(jù)該數(shù)據(jù)定位腫瘤，行腎部分切除。結(jié)果：應(yīng)用數(shù)字腎模型進(jìn)行內(nèi)生性腫瘤定位，與手術(shù)中實體所見高度吻合。結(jié)論：數(shù)字腎是內(nèi)生性腫瘤行腎部分切除手術(shù)時進(jìn)行定位的簡單、有效手段。

數(shù)字腎；三維重建；腎腫瘤；內(nèi)生性；腎部分切除術(shù)；保留腎單位手術(shù)；腹腔鏡手術(shù)；虛擬現(xiàn)實

1 引言

腎臟腫瘤是泌尿系統(tǒng)常見疾病之一，腎部分切除術(shù)已成為治療<7 cm局限性腎癌的標(biāo)準(zhǔn)治療手段[1, 2]。內(nèi)生性腫瘤由于腫瘤被正常腎組織完全包繞，不突出于腎臟實質(zhì)表面，因此從外觀很難判斷腎腫瘤位置，術(shù)中需要腔內(nèi)B超等特殊設(shè)備輔助。這種類型腎腫瘤行腎部分切除時具有很大的挑戰(zhàn)性[3]。

我們于2012年提出數(shù)字腎概念，利用患者腹部圖像數(shù)據(jù)在個人電腦上進(jìn)行腎臟的三維重建，形成具有患者個體疾病信息的數(shù)字腎并將其應(yīng)用于腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)中[4]。近期研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)字腎模型應(yīng)用于內(nèi)生性腫瘤，能夠精準(zhǔn)定位腫瘤，不需要使用術(shù)中B超等特殊設(shè)備，大大簡化了這類腫瘤進(jìn)行腎部分切除術(shù)的手術(shù)步驟，國內(nèi)外均未見報道，現(xiàn)報告如下。

2 方法

2.1 數(shù)字腎模型的建立

按照此前報道的方法[4]，將DICOM格式文件導(dǎo)入MIMICS軟件中，按照動態(tài)區(qū)域生長法(dynamic region growing)建立數(shù)字腎模型并完成腫瘤部位的三維重建。將數(shù)字腎透明顯示，即可清晰顯示其內(nèi)部的腫瘤(圖1)。

圖1 建立的數(shù)字腎模型

2.2 數(shù)字腎定位腫瘤

以腫瘤下極距離腎表面投影點為原點(標(biāo)記為O點)，腎臟外側(cè)輪廓線命名為L線。為最大程度與實體匹配，考慮到腎臟表面的曲面，在數(shù)字腎表面計算距離。執(zhí)行 “在表面測量距離(measure distance over the surface)”命令，沿數(shù)字腎表面測量O點至L線的最短距離(交點標(biāo)記為C點)，再以腎上極為原點(標(biāo)記為P點)，在L線上，測量線段PC長度。得到腎腫瘤定位數(shù)據(jù)為OC：19 mm，PC：52 mm，即表明腫瘤下極距離腎上極52 mm、腎臟外側(cè)輪廓線旁19 mm(圖2)。

圖2 數(shù)字腎模型定位內(nèi)生性腫瘤

2.3 腹腔鏡下定位腎腫瘤

腹腔鏡下剝離腎臟表面脂肪，將腎臟裸化，找到腎動脈。充分顯露腎臟上下極、側(cè)面輪廓。置入軟標(biāo)尺，按照數(shù)字腎定位數(shù)據(jù)，在實體上標(biāo)記出腎腫瘤所在位置。

2.4實施腹腔鏡腎部分切除術(shù)

阻斷腎動脈后，沿標(biāo)記部位切開進(jìn)入腎實質(zhì)，顯露出腎實質(zhì)內(nèi)隱藏的腫瘤, 在假包膜外進(jìn)行切除，完整切除腫瘤和周圍正常腎臟組織，縫合創(chuàng)面后松開血管阻斷鉗。

3 結(jié)果

應(yīng)用數(shù)字腎模型，準(zhǔn)確定位腫瘤，在相應(yīng)位置切開腎實質(zhì)即可見腫瘤，因此不需要術(shù)中B超定位，完整切除完全內(nèi)生性腫瘤(圖3)，病理結(jié)果為透明細(xì)胞癌，切緣周圍見正常腎組織。

圖3 完整切除的內(nèi)生性腫瘤

4 討論

內(nèi)生性腎腫瘤是指完全被正常腎臟組織包繞的腫瘤[5]。內(nèi)生性腎腫瘤進(jìn)行腎部分切除是當(dāng)前腎癌手術(shù)的難點之一，其主要困難就在于術(shù)中定位腫瘤。采用術(shù)中B超檢查是發(fā)現(xiàn)內(nèi)生性腫瘤的主要方式。B超能夠相對準(zhǔn)確地判斷腫瘤邊緣，但需要專用的腹腔鏡超聲探頭等昂貴設(shè)備，并要求術(shù)者具備豐富的B超影像知識。術(shù)中超聲在腫瘤切除時無法使用，在腹腔鏡手術(shù)中空間有限的情況下有時會影響手術(shù)操作[5]。采用機(jī)器人輔助腹腔鏡手術(shù)時，還要將腔內(nèi)超聲圖像整合到機(jī)器人三維圖像中供術(shù)者閱讀，這無疑需要更為復(fù)雜的技術(shù)和設(shè)備。

基于術(shù)中B超的限制，有學(xué)者探討了其他術(shù)中定位方法。Simpfend?rfer等報告應(yīng)用術(shù)中CT導(dǎo)航技術(shù)對內(nèi)生性腎腫瘤實施腎部分切除獲得成功[6]，F(xiàn)urukawa等[7]應(yīng)用實時三維導(dǎo)航系統(tǒng)TileproTM，將腫瘤和血管的三維影像整合入機(jī)器人手術(shù)操縱臺，有助于腫瘤的發(fā)現(xiàn)和精確切除。研究發(fā)現(xiàn)，注射吲哚青藍(lán)染料后的近紅外線熒光成像有助于術(shù)中發(fā)現(xiàn)腫瘤的血管。Tobis等觀察到腎臟惡性腫瘤為低熒光顯像，而正常腎組織為等熒光顯像或低熒光顯像，該技術(shù)更適用于發(fā)現(xiàn)外生性腫瘤，而對于內(nèi)生性腫瘤，由于表面仍然有正常的腎組織，因此效果并不滿意[8]。上述技術(shù)均對術(shù)中腫瘤定位做出了有益的探索，但是操作步驟繁瑣，并且均需要借助特殊的設(shè)備甚至專用的手術(shù)室，在國內(nèi)多數(shù)醫(yī)院不具備類似條件，推廣應(yīng)用前景有限。

數(shù)字腎是中國學(xué)者在國際上提出的原創(chuàng)性概念，其通過數(shù)字技術(shù)將人體腎臟結(jié)構(gòu)的形態(tài)和物理過程用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行精確描述，并建立相應(yīng)的、等效意義上的數(shù)字模型，使腎臟結(jié)構(gòu)數(shù)字化、可視化[9]。數(shù)字腎提供了一個術(shù)前規(guī)劃和模擬剖切的平臺，在保留腎臟手術(shù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

應(yīng)用數(shù)字腎定位內(nèi)生性腎腫瘤有兩個關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。首先，應(yīng)用MIMICS軟件建立數(shù)字腎模型，并在數(shù)字腎上進(jìn)行腫瘤的精確定位。我們采用腎臟表面明顯的解剖標(biāo)志如腎臟兩極、外側(cè)輪廓線作為定位的參考標(biāo)志。腎臟表面為弧形曲面，數(shù)字腎可以很方便地在曲面上計算距離，與手術(shù)中實際觀察到的高度吻合；其次，在腹腔鏡手術(shù)視野下，能準(zhǔn)確識別相應(yīng)的腎臟解剖標(biāo)志，尤其是腎臟側(cè)面輪廓線。腎部分切除手術(shù)一般要求將腎臟表面脂肪剔除，將腎臟完全裸化，這有助于腎臟定位標(biāo)志的顯露，但仍然需要術(shù)者對局部解剖細(xì)節(jié)的充分掌握。

本研究表明，將數(shù)字腎技術(shù)充分應(yīng)用于術(shù)前規(guī)劃和手術(shù)中指導(dǎo)，不需要依賴術(shù)中超聲等昂貴、復(fù)雜設(shè)備，不需要圖像整合等復(fù)雜技術(shù)，可準(zhǔn)確定位完全內(nèi)生性腎腫瘤并切除，具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價值。

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[9]Shengkun Sun, Guangfu Chen, Xu Zhang. Digital kidney for planning in laparoscopic partial nephrectomy. Information Technology in Medicine and Education (ITME), 2012 International Symposium on.

Digital kidney assisted accurate localization of endophytic renal tumor during partial nephrectomy

Sun Shengkun1Huang Zili2Zhang Lei1Zhang Xu1

(1Department of Urology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China;2Department of Radiology, Chinese PLA General Hospital, )

Sun Shengkun, ssk301@sina.com

Objective: To introduce the experience of digital kidney in localization of endophytic renal tumor during partial nephrectomy. Methods: Preoperative image showed an endophytic renal tumor. Digital kidney was reconstructed by MIMICS. The tumor was localized by calculating the distance from tumor to the upper or lower pole of the kidney as well as the outline of the lateral kidney. The data was utilized during laparoscopic surgery to localize the tumor and partial nephrectomy was performed. Results: Digital kidney can localize accurately the endophytic renal tumor, and coincide with the reality. Conclusions: Digital kidney is a simple and reliable method to localize the endophytic renal tumor during partial nephrectomy.

digital kidney; 3-dimentional reconstruction; renal tumor; endophytic; partial nephrectomy; nephron sparing surgery; laparoscopic surgery; virtual reality

國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃(2014AA0206071)

孫圣坤，ssk301@sina.com

2016-09-07

R737.11

A

2095-5146(2016)05-285-03