陳磊，楊均顯，聶歡，高強利

武漢科技大學附屬普仁醫(yī)院泌尿外科，湖北 武漢 430081

腎癌是最常見的泌尿系惡性腫瘤之一，發(fā)病率占成人惡性腫瘤的2%～3%，男女患者發(fā)病率比例約為1.83：1。在過去的30年里，該疾病的發(fā)生率以2%～3%的速度增加，這與CT 等影像學檢查大量應用于泌尿外科有關。腎癌的治療手段以手術治療為主，手術成功的基礎在于準確的理解腎實質(zhì)與腎腫瘤的解剖學特點，而3D 打印技術能夠在術前有效建立目標區(qū)域的三維解剖結(jié)構，在骨科、整形外科已經(jīng)取得了顯著的成效。本文旨在評估3D打印技術在腎腫瘤手術術前規(guī)劃和術前溝通中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取 2018 年 8 月至 2019 年 5 月武漢科技大學附屬普仁醫(yī)院收治的6例腎癌(T1a期)患者。納入標準：(1)術前CT 均診斷為腎實質(zhì)性占位腫瘤，腫瘤直徑≤4 cm；(2)術前凝血功能，肝腎功能、血糖、心肺功能無明顯異常；(3)年齡＞18 周歲且＜80 周歲。排除標準：(1)合并出血或出血傾向的疾?。?2)合并肝腎功能不全；(3)有明顯心肺功能障礙性疾病；(4)局部和遠處轉(zhuǎn)移、伴有腎靜脈瘤栓以及位置較深的腎中央型腫瘤。6例患者中男性4例，女性2例；年齡42～76歲，中位年齡68 歲；CT 檢查提示腫瘤直徑2.2～4.0 cm，平均(3.3±0.7)cm；腫瘤位于左側(cè)4 例，右側(cè)2 例；術前均未發(fā)現(xiàn)淋巴結(jié)及遠處轉(zhuǎn)移。向所有參與者介紹3D打印的基本原理和特點，患者均簽署知情同意書，同意行后腹腔鏡腎部分切除術。

1.2 研究方法

1.2.1 建立3D 打印模型 6 例腎腫瘤患者采取西門子64 排薄層CT 進行腎臟CT 平掃+增強，并由此獲得解剖學數(shù)據(jù)，通過計算機解剖學軟件處理數(shù)據(jù)重建3D圖片，最后通過3D打印機打印個體化的3D解剖模型。3D模型采用樹脂打印原料，同時使用紅色以強化病變組織，以利于觀察整個腫瘤的特點以及腫瘤與周圍正常腎組織的關系。

1.2.2 腎臟腫瘤3D模型測量值與術中腎臟測量值 6 例患者均采用后腹腔鏡腎部分切除術，術中完全游離腎，腎血管，并測量腎臟的長，寬，厚以及腎腫瘤直徑，術前根據(jù)3D 打印模型測量相應腎臟的長、寬、厚度以及腎腫瘤直徑。比較術前3D 重建模型中腎臟各項指標與實際腎臟情況，以評估3D 打印模型是否能夠替代顯示腎臟解剖。

1.2.3 術前規(guī)劃效果評估 設計問卷，每次手術后由主刀醫(yī)生對腎腫瘤患者腎臟的3D打印模型進行評估，包括 4 方面的問題(共 10 分)：(1)模型的總體評價；(2)腎腫瘤位置及毗鄰關系；(3)腎盂與腫瘤的位置關系；(4)對術前手術規(guī)劃的幫助程度。

1.2.4 術前談話效果評價 術前對照組：術者使用CT 片向患者家屬交代病情；實驗組：術者使用3D打印模型向患者交代病情。術前談話內(nèi)容包括：(1)腎臟生理功能(4 分)；(2)解剖特點(腫瘤的位置、大小、與腎盂，腎血管的關系等(6分)；(3)病變的性質(zhì)、位置、特點(6 分)；(4)手術方案及手術并發(fā)癥(8 分)。以上四個方面，共24 分，最后根據(jù)得分情況對兩種不同術前談話方式的效果進行評估。參與的患者及家屬均為沒有醫(yī)學背景知識的非醫(yī)務人員。

1.3 統(tǒng)計學方法 應用SPSS19.0 統(tǒng)計學軟件分析數(shù)據(jù)。計量資料以均數(shù)±標準差(±s)表示，3D打印模型及實際測量值比較采用配對t 檢驗。應用3D 打印模型前后回答問題正確數(shù)的中位數(shù)對比采用非參數(shù)Wilcoxon秩和檢驗，α=0.05為檢驗水準。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 腎腫瘤腎臟模型 成功打印出6 例患者的3D打印腎腫瘤腎臟模型，該模型明確反映了腎臟的形態(tài)特征、腎臟血管、腎腫瘤之間的位置關系(圖1)。術者根據(jù)腎腫瘤腎臟的3D 打印模型進行術前規(guī)劃，設計手術入路，所有患者均順利完成手術，術中出血少，無術中及術后輸血，無漏尿、大出血等并發(fā)癥。

圖1 患者腎臟的CT增強圖片及3D打印模型照片

2.2 腎臟腫瘤3D模型測量值與術中腎臟測量值比較 術前3D模型的測量值與術中實際測量的腎臟值比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，見表1。

表1 腎臟腫瘤3D模型測量值與術中腎臟測量值比較(±s，cm)

表1 腎臟腫瘤3D模型測量值與術中腎臟測量值比較(±s，cm)

項目3D模型測量 腎臟實際測量t值P值腎臟長度腎臟寬度腎臟厚度腫瘤直徑11.6±0.8 6.7±0.6 5.5±0.7 3.3±0.7 11.6±1.1 6.8±0.9 5.6±0.9 3.4±0.3-0.259-1.228-1.053-0.916 0.806 0.274 0.341 0.402

2.3 3 D 打印模型術前評估的結(jié)果 對3D 打印模型的問卷調(diào)查中，模型的總體評價(7.8±0.8)分，腎腫瘤位置及毗鄰關系(8.0±0.5)分，腎盂與腫瘤的位置關系(8.0±0.5)分，對術前手術規(guī)劃的幫助程度(8.3±0.8)分。

2.4 3 D打印模型和CT片術前溝通結(jié)果比較 術前溝通中，腎臟生理功能采用3D 打印模型溝通和采用CT片溝通的得分比較差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)；但在腎臟解剖、病變特點和手術方案及并發(fā)癥方面比較，3D打印模型組明顯優(yōu)于CT片組，差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，見表2。

表2 3D打印模型和CT片術前談話后回答手術相關問題得分比較(分)

3 討論

3D 打印技術是一項工業(yè)技術，是通過3D 打印機采用分層、疊加成型的方式逐層增加材料來生成3D實體。3D 打印技術已經(jīng)廣泛應用于工程設計、制造，醫(yī)學領域[1]。

近些年來隨著3D 打印技術的進步和醫(yī)學影像學的發(fā)展，3D 打印技術被逐步引入到外科臨床，包括教學模型的制作，手術訓練，術中種植體以及外科工具的制作[2-4]，尤其在術前規(guī)劃當中3D 打印起到了重要作用[5-9]。術前根據(jù)患者的CT或者MRI影像獲取解剖數(shù)據(jù)，應用3D 打印機精確的打印出每一例病變區(qū)域的個體化解剖模型。術者再據(jù)此模型制定詳細的手術方案，決定手術路徑，評估手術可能出現(xiàn)的風險，從而縮短手術時間，提高手術成功率。YANG 等[5]借助3D 打印模型可以充分了解骨折塊間的三維結(jié)構、明確骨折的分類、了解各骨折碎塊間的關系，并指出3D打印模型提供的個性化解剖模型能夠協(xié)助術者在術前模擬手術，預判術中可能出現(xiàn)的并發(fā)癥，從而提高手術成功率，減少術后并發(fā)癥。李明等[6]在治療髖臼骨折的過程中利用3D 模型對骨折類型分類，能夠準確的進行術前評估，并制訂優(yōu)良的手術治療方案，取得了良好的治療效果。

骨科應用3D 打印技術主要是制作骨組織的模型，這種類型的影像處理相對簡單，而對于腎臟及肝臟這種解剖結(jié)構相對復雜的內(nèi)臟器官，不僅包含有軟組織，還包含復雜的空腔管道系統(tǒng)，例如動靜脈系統(tǒng)、尿路系統(tǒng)、膽道系統(tǒng)等。因此，這種類型的器官影像學處理和3D 打印模型的建立相對更為復雜。目前，相關研究不是很多，文獻報道3D 打印的腹腔內(nèi)臟器模型效果和精度上都很不錯。ZEIN等[7]通過6例肝臟移植供、受體3D打印模型與術中肝臟進行比較發(fā)現(xiàn)，3D 打印模型能夠精確顯示受體和供體的肝臟內(nèi)部膽道和血管結(jié)構，平均誤差＜4 mm，可以用來指導肝臟移植供受體大小的選擇，提高移植成功率。RYAN等[8]將動脈瘤與顱骨整體打印，清楚顯示動脈瘤的大小、生長部位、生長方向以及周圍解剖結(jié)構，制造出符合要求的模型，真實模擬動脈瘤夾閉術入路，并在9例顱內(nèi)動脈瘤夾閉術中取得了不錯的效果。國內(nèi)學者魏曉松等[9]在經(jīng)皮腎鏡手術中引入3D打印技術，術前建立模型確定腎臟結(jié)構、結(jié)石大小、形狀及與12肋的關系，據(jù)此設計穿刺點、穿刺深度、穿刺的目標腎盞。認為3D打印模型能夠明確反應結(jié)石的大小和位置，對設計出最佳穿刺通道及穿刺腎盞有一定幫助。

后腹腔鏡腎部分切除術是目前T1a期腎癌外科治療的標準術式[10]，術者能夠成功順利的完成該手術的基礎是精確的理解患側(cè)腎臟的解剖結(jié)構。傳統(tǒng)的術前規(guī)劃通?；诙S的CT和MRI圖像，需要醫(yī)生具有較強的空間想象能力和豐富的手術經(jīng)驗，這需要長期的臨床訓練才能達到。而3D打印模型能夠清楚的在術前模擬出個體化的解剖結(jié)構，降低了手術規(guī)劃的難度。

在本研究中，成功打印了6例腎腫瘤腎臟的模型，并利用該模型進行腹腔鏡下腎部分切除術的術前規(guī)劃。我們對腹腔鏡手術術中測量腎臟的幾項重要數(shù)據(jù)(包括腎臟的長、厚、寬以及腎腫瘤直徑)與3D打印模型進行比較，兩組差異無統(tǒng)計學意義。表明3D打印模型能夠比較精確的顯示腎臟的解剖結(jié)構，尤其是腎臟腫瘤與腎臟血管的關系。另外，術者對6例3D模型的評估結(jié)論也證實該模型能夠幫助手術醫(yī)生通過視覺和觸覺來獲得個體化的解剖模型，能夠減少因醫(yī)生經(jīng)驗欠缺造成的誤差，對術前規(guī)劃的價值不言而喻。此項研究還分析了3D 打印模型應用于術前溝通的情況。對于沒有任何醫(yī)學知識背景的普通患者和患者家屬而言，術前談話是難以理解的，通過個性化的3D打印模型展現(xiàn)腎臟的解剖結(jié)構，患者和家屬可以通過觸摸感受到病變腎臟的結(jié)構特點，有助于患者及家屬理解病情和手術的方式，減少因溝通產(chǎn)生的糾紛。

本研究也存在一些不足之處：(1)無法將腎臟實質(zhì)與腎盂腎盞分別顯示出來，因此，術者術前規(guī)劃時還是需要借助排泄期CT影像圖片來分辨腫瘤與集合系統(tǒng)的關系。這是今后的一個研究方向；(2)由于成本原因，參與本研究的病例太少，還需要大樣本的研究來印證。

3D 打印在泌尿外科的應用優(yōu)勢明顯，術前規(guī)劃，術前溝通，臨床教學等方面應用前景廣闊。但由于3D打印的成本問題，一直限制其在臨床和教學中的實際應用，隨著材料科學和3D打印設備的發(fā)展，相信未來制約發(fā)展的成本問題會最終解決，幫助臨床醫(yī)生精準醫(yī)療，確保療效做出貢獻。