薛 亮，陳澤宇，陳仁富，溫儒民，陳家存，王軍起，朱海濤

(徐州醫(yī)科大學附屬醫(yī)院泌尿外科，江蘇徐州 221000)

泌尿系統(tǒng)結石是泌尿外科常見疾病之一，治療方法多種多樣，發(fā)展迅速。目前經(jīng)皮腎鏡取石術(percutaneous nephrolithotomy，PCNL)已經(jīng)成為大多數(shù)鹿角形結石的首選治療方案[1]。但PCNL有特殊的術中、術后并發(fā)癥，包括大出血、周圍臟器損傷、敗血癥等。所以如何縮短手術時間、提高手術碎石率、減少并發(fā)癥發(fā)生和縮短年輕的培養(yǎng)周期是PCNL發(fā)展的熱點[2-4]。近年來，數(shù)字醫(yī)學發(fā)展迅速，混合現(xiàn)實技術(mixed reality，MR)是一種數(shù)字全系影像技術，它是在三維空間中投射三維立體影像，觀察者可以從不同的角度不受限制地觀察，甚至可以進入影像內(nèi)部進行觀察，使手術方案更詳細，醫(yī)患溝通更簡單，手術更精準[5]。建立在MR精準、立體、直觀的基礎上，我們應用MR重建患者腎臟的全系影像并應用到臨床實踐中來。本文主要探討MR在PCNL臨床和教學中的價值。

1 資料與方法

1.1患者資料男性，23歲，因“發(fā)現(xiàn)左腎結石半年余”入院。患者半年前體檢，彩超檢查發(fā)現(xiàn)左腎結石最大約2 cm，應患者要求，門診予體外沖擊波碎石，碎石后1周復查B超仍有結石殘留，予再次碎石，復查尿路平片(plain film of kidney-ureter-bladder，KUB)示：左腎區(qū)見斑片狀高度影。因個人原因，患者未進一步治療，半年后患者來院要求系統(tǒng)治療。查體：雙腎區(qū)無異常隆起，雙腎未及，雙腎區(qū)無壓痛，左腎區(qū)叩擊痛陽性，右腎區(qū)無叩擊痛，雙輸尿管體表投影區(qū)無壓痛，排尿后恥骨上膀胱區(qū)無異常隆起，無壓痛，男性外陰、陰莖發(fā)育成熟，尿道外口無紅腫及異常分泌物，無紅腫及異常分泌物，雙側(cè)睪丸及附睪發(fā)育正常，位于陰囊內(nèi)，睪丸體積約15 mL，質(zhì)軟，無觸痛，雙側(cè)附睪無壓痛，無腫大，無結節(jié)。計算機斷層掃描尿路造影(computed tomography urography,CTU)示：左腎下組腎盞多發(fā)結石，左輸尿管下段官腔稍狹窄并左腎輕度積水。

1.2設備器械CT掃描儀(德國siemens公司，Somatom Definition 雙源64層)，采用螺旋式掃描，120 kV，層厚為1 mm。MR眼鏡(美國Microsoft公司，Hololens頭戴式全系3D)，北京維卓致遠醫(yī)療科技發(fā)展有限責任公司的Visual Volume三維重構軟件系統(tǒng)，軟件由工程師操作。

1.3虛擬三維模型重構將CT設備采集到的DICOM原始數(shù)據(jù)，導入Visual Volume三維重構軟件系統(tǒng)，依次對掃描區(qū)域內(nèi)的腎臟、集合系統(tǒng)、結石、血管、骨骼、脾臟、肌肉和皮膚等各種組織，運用不同顏色進行標記區(qū)分，使用多個不同分割模板進行可視化邊緣檢測、分割提取，測量、計算生成STL格式(Stereo Lithography)的三維網(wǎng)格模型。

1.4混合現(xiàn)實應用將經(jīng)過重建及渲染的虛擬三維解剖模型載入到MR眼鏡中，通過佩戴MR眼鏡實現(xiàn)基于MR的術前溝通、手術路徑的選擇、教育教學及術中定位。

2 結 果

2.1虛擬三維模型重建耗時及費用成功重建出患者CT掃描區(qū)域的虛擬三維解剖模型。利用Visual Volume三維重構軟件系統(tǒng)進行虛擬模型重建及渲染耗時4 h。1例虛擬三維模型的重建及MR技術應用總費用約1 500人民幣。

2.2醫(yī)患溝通及手術規(guī)劃佩戴MR眼鏡后即可看到重建后的虛擬三維解剖模型如圖(圖1)。其較依靠二維平面顯示器三維重建出的CTU影片(圖2)更直觀、更立體、更生動。

圖1 基于MR三維重建模型顯示圖

圖2 CT尿路造影圖像

醫(yī)生和患者直面虛擬三維模型，通過平板電腦操作模型的大小、角度、對比度，并且可以隱藏和透明化模型中的各種組織，便于觀察結石大小、部位及手術相關區(qū)域。需要特殊標記時更可像對待實物時，直接用手指示，不需特殊操作。徹底改變以前受限于標本、模型匱乏的溝通模式。患者及家屬看得直觀、聽得明白，對手術不存疑惑。年輕醫(yī)生則對患者病情了解更透徹、清晰，對手術穿刺路徑選擇的理解更容易、明顯提高工作效率。

2.3術中應用將虛擬三維模型，按術者的要求調(diào)整好，置于術者面前(圖3A)，取代傳統(tǒng)讀片、思維重建三維模型的模式，提高術前準備的效率。

經(jīng)皮腎穿刺時，通過確認體表解剖標志(11、12肋，髂后上嵴等)，將虛擬1∶1模型與真實人體疊加(圖3B)，提供穿刺參考。

2.4療效及預后手術用時1 h，術中出血量約70 mL，手術順利，術后第2天KUB顯示腸道脹氣，左腎區(qū)無明顯結石殘留(圖3C)。良好的術前規(guī)劃及術中應用，使手術時間縮短，清石率提高?；颊呋謴土己茫g后7 d出院，術后1月來院拔除D-J管。

圖3三維模型在術中的應用及術后KUB圖像

A：術中術者觀察虛擬三維重建模型；B：術中將虛擬模型與人體疊加放置；C：患者術后第2天KUB圖像。

3 討 論

近年來，全息影像數(shù)字技術發(fā)展迅猛，其中以虛擬現(xiàn)實技術(virtual reality，VR)為代表已經(jīng)廣泛應用到游戲、工業(yè)、醫(yī)療、教育等行業(yè)中來?！癡R+醫(yī)療”的最大意義在于能夠極大提高醫(yī)學教育的標準化，從而縮短醫(yī)療人才的培養(yǎng)周期、降低培養(yǎng)成本，釋放醫(yī)療供給[6]。MR作為VR進一步發(fā)展的產(chǎn)物，也漸漸開始嶄露頭角。MR不像虛擬現(xiàn)實技術切斷了用戶與真實世界的聯(lián)系，其允許用戶同時保持與虛擬世界和真實世界的聯(lián)系，這樣用戶可根據(jù)自身的需要對真實世界和虛擬世界的聯(lián)系進行調(diào)整。在需要與真實世界進行互動的活動中，混合現(xiàn)實顯然更具優(yōu)勢，而醫(yī)學恰恰就需要如此。南京醫(yī)科大學孫濤等[7]將MR應用到乳腺腫瘤的術前規(guī)劃中，并取得成功，證實MR在乳腺外科精準手術治療有極大的應用前景。

PCNL作為腎結石的常用手術方式，其對穿刺的精準度、穿刺通道的選擇有較高的要求。近年3D打印越來越多地應用到復雜手術的術前規(guī)劃和手術模擬操作[8-10]。2015年，湯潤等[11]將3D打印技術應用到PCNL中，并證實對PCNL發(fā)展有積極的意義。但其重建模型耗時較長，成本較高限制了它的進一步發(fā)展。MR的應用，完美解決了3D打印技術的弊端，且其重建的模型更生動、精確，可操作性更強，可以預見，MR的應用使PCNL又迎來一個新的發(fā)展階段。

另外，在醫(yī)患溝通方面，MR使醫(yī)生和患者獲得了直觀、精準的病變解剖模型，再有醫(yī)生依著模型詳細講解，使患者充分了解自己疾病及手術風險，患者參與度大幅增加，解決了術前溝通時醫(yī)患對病情信息了解不對等、手術預后預期不對等的問題，使溝通變得容易、順利?？捎行p少因溝通不到位而造成的醫(yī)患糾紛的發(fā)生。

最后，在醫(yī)學教育方面，虛擬現(xiàn)實技術應用于醫(yī)學教育可以提高教學質(zhì)量，豐富教學手段[12]。但沉浸式的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，切斷了老師與學生之間的時時聯(lián)系，不能做到師生的隨時交流。MR可以很好解決這一問題。通過MR不僅可以看到現(xiàn)實的場景，還可以看到虛擬的數(shù)字影像，使真實與虛擬世界有機融合。相信MR將逐步取代VR，使我們以后的學習變得更輕松、愉快。此外，隨著微創(chuàng)手術的發(fā)展，開放性手術越來越少，年輕醫(yī)生很難從有限的開放性手術中獲得觸覺感受和立體解剖學體驗[13]。MR將1∶1的虛擬三維模型呈現(xiàn)在醫(yī)師面前，并可360°觀看，很好地彌補了這一點。

全息影像數(shù)字技術，雖然發(fā)展迅猛，但MR作為其中的新興技術，尚處于起步階段，其在具備美好發(fā)展前景的同時，也面臨著一系列挑戰(zhàn)。就本案而言，患者的MR影像，是根據(jù)術前所做的CTU圖像制作而來，但患者檢查時的體位跟術中體位并不一樣，而體位的不同，腎臟所處位置也會相應變化，所以目前的虛擬3D影像在術中應用時，僅有參考作用，精確度不足。如果影像能做到實時成像，或者術前檢查時采用手術體位，將大大提高應用參考價值。另外虛擬3D影像的制作及MR眼鏡的投射應用，軟硬件成本較高，尚需專業(yè)人士操作，若能降低學習及操作難度，價格能更親民，將會使MR得到更好地普及。MR在醫(yī)學上的應用，尚處在嘗試階段，其臨床價值尚不明確，還有待進一步的探索和研究。

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