基于3D Slicer软件的三维重建技术在腹腔镜肾切除术处理肾血管中的应用

赵 伟，曹龙滨，高 辉，李玉侨，马 征，马云波

(山东省聊城市人民医院泌尿外科,山东聊城 252000)

腹腔镜根治性肾切除和单纯性肾切除是泌尿外科常见的手术方式，腹腔镜下肾血管的处理是手术中难度大、风险高的步骤[1]，如何在腹腔镜下安全的处理肾血管是肾切除手术中的热点问题，更是初学者的难点所在，以往的文献报道显示出血是腹腔镜手术改为开放手术的常见原因[2]。3D Slicer软件是美国国立研究院资助的免费医学图像处理软件[3]，它可以通过对CT数据分割重建，提供直观的三维可视化模型。本文旨在研究应用3D Slicer软件，将肾切除患者CT数据通过三维重建技术和肾动脉、静脉等组织器官重建在一个三维可视化模型中，评估其在肾血管处理方案的制定和术中显露血管的辅助作用，以探讨三维重建技术在腹腔镜肾切除术处理肾血管中的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 病例资料回顾性分析2020年5月-2021年6月于山东省聊城市人民医院行腹腔镜肾切除手术28例患者的临床资料。纳入标准：①术前有本院强化CT数据的经腹腹腔镜单纯性肾切除或根治性肾切除手术患者；②患者临床及随访资料完整。排除标准：①无本院CT数据或经后腹腔镜的肾切除患者；②患者临床及随访资料不完整。28例患者中男性17例，女性11例；年龄(61.4±15.3)岁；其中因肾肿瘤行根治性肾切除术18例，因肾盂和输尿管肿瘤行根治性肾输尿管切除术7例，因肾重度积水行单纯性肾切除术者2例，因脓肾行单纯性肾切除者1例。

1.2 三维重建技术CT影像数据：28例肾切除患者术前均行肾脏强化CT，层厚为1 mm，应用双筒高压注射器，造影剂为非离子型碘制剂碘海醇(300 mg/mL)，于肘静脉注射，速率为5 mL/s，动脉期扫描采用对比剂触发扫描技术，阈值达200 Hu时自动扫描，70 s静脉期扫描，900 s排泄期扫描。收集患者CT原始数据并以医学数字图像与通讯(Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM)格式存储。

三维重建步骤：①动脉期CT图像数据导入3D Slicer(版本号4.10)，应用“Segment Editor”分割模块，采用“阈值分割法”和“剪刀工具”对动脉血管分割并三维重建；②静脉期CT图像数据导入3D Slicer，同样的方法对静脉、肾脏及手术区域相关组织器官(如肿瘤、脾脏、肝脏及胰腺等)分割并三维重建；③最后将重建的血管和脏器融合在一个三维可视化模型中，并使用不同颜色区分重建的各模型。

1.3 术前手术方案的制定术者术前通过旋转、任意组合、透明化等方式，在不同角度观察重建的三维可视化模型，准确掌握患者的肾动脉和肾静脉数量、走行及空间相对解剖关系，依据三维可视化模型，制定肾动脉、肾静脉离断位置、离断顺序及离断方法的个体化肾血管处理方案。调整三维可视化模型的角度与腹腔镜手术视野一致的角度将其打印成彩色图片，用于术前医患沟通。

1.4 手术方法和术中认知融合患者全身麻醉成功后取健侧卧位，倾斜45°，于脐部穿刺置气腹成功后(压力12 mmHg，1 mmHg=0.133 kPa)，置入10 mm Trocar及腹腔镜，监视下分别于患侧腋前线平脐、患侧肋缘下锁骨中线、剑突下或脐下穿刺置入5/12 mm、12/5 mm、5 mm、5 mm Trocar。超声刀沿结肠外侧缘打开腹膜，右侧上抬肝脏。在融合筋膜与肾周筋膜前层之间无血管层面游离，右侧将升结肠、十二指肠，左侧将降结肠、脾脏和胰尾等推向内侧，显露下腔静脉或左生殖静脉。在肾下极向上纵行打开肾周筋膜，挑起肾下极，使肾门保持张力，随时查看显示器下方打印好的三维模型图片，通过腹腔镜视野与三维可视化模型认知融合，以下腔静脉或生殖静脉作为解剖标志，通过图片显示的三维解剖关系，按图索骥显露出肾静脉、肾动脉及其他相关血管。按照术前制定的肾血管离断平面和离断顺序，逐一用Hem-O-lok和/或腔镜直线型切割吻合器离断肾血管。在肾上腺与肾上极之间游离，保留肾上腺。在肾周脂肪囊外侧顿锐性游离，将肾完整切除。输尿管切除范围，依据术式的不同采取不同的切除方式，单纯肾切除手术时无需游离输尿管。切除标本装入取物袋。取患侧下腹斜切口，钝性分开肌束，将取物袋取出体外。记录手术时间、术中出血量和术后引流情况。所有患者随访1～14个月，术后1个月复查腹部彩超，恶性肿瘤患者术后2年内，每6个月复查胸腹部CT。

2 结 果

术前28例患者的强化CT数据导入3D Slicer软件后，经过分割、融合等步骤重建出三维可视化模型，立体呈现肾动脉、静脉及组织器官的形态及位置关系。以肾血管离断平面为界，肾动脉≥2个分支10例(10/28，35.71%)，肾静脉≥2个属支12例(12/28，42.86%)，见表1。

表1 28例患者临床资料 [例(%)]

28例患者手术过程顺利，术者术中通过腔镜视野与三维可视化模型的认知融合，除1例脓肾患者因肾蒂粘连严重、肾静脉各属支未能全部显露外，其余27例均顺利解剖显露出所有肾血管。28例腹腔镜下肾血管的处理分为3种情况：①用Hem-O-lok先处理肾动脉，后处理肾静脉19例(图1A、B)；②用Hem-O-lok先处理肾静脉的部分属支，再用Hem-O-lok处理肾动脉，最后处理肾静脉的其余属支5例(图1C、D)；③用Hem-O-lok先处理肾动脉，后用腔镜直线型切割吻合器处理肾静脉4例(图1E、F)。所有患者出院后随访无并发症发生。

A、B：Hem-O-lok先处理肾动脉，后处理肾静脉(A为左肾上极肿瘤，B为左肾中部肿瘤)；C、D：Hem-O-lok先处理肾静脉部分属支，再处理肾动脉，最后处理肾静脉的其余属支(C为右肾肿瘤，D为左肾肿瘤)；E、F：Hem-O-lok先处理肾动脉，再用腔镜直线型切割吻合器处理肾静脉(E为左肾盂肿瘤，F为双J管引流术后左肾重度积水)。图1 三维认知融合技术在不同手术处理方式中的应用示意图

3 讨 论

肾脏血管的解剖变异是常见现象，不同患者的肾动脉和肾静脉数量、走行及空间解剖关系差异较大。GÜMÜ等[4]通过研究行肾CT血管造影术(computed tomography angiography，CTA)检查的820例患者，发现27.0%的患者有多支肾动脉，26.7%的患者有肾动脉早发分支。MUNNUSAMY等[5]对100例肾移植供肾者CTA进行了分析，发现51%的肾供体显示肾动脉变异。在51%的变异中，38例有副肾动脉，13例有肾动脉早发分支。本研究显示28例患者中，肾动脉≥2个分支10例(35.71%)，肾静脉≥2个属支12例(42.86%)。肾血管的解剖变异给腹腔镜肾切除手术中肾血管的处理带来很大的不确定性，尤其对于肿瘤体积大、肾重度积水、周围组织粘连严重等情况，肾血管的处理更加棘手，以往的文献报道显示出血是腹腔镜手术改为开放手术的常见原因[2]。腹腔镜手术的出血应以预防为主，术中正确识别血管及其变异并正确的处理是安全手术的基础[6]。

目前CT是腹腔镜肾切除手术前常用的影像学评估方法，CTA可以三维显示肾动脉情况[7]，但肾CTA无法以三维模型的形式同时显示肾动脉、肾静脉、肾脏、肿瘤及生殖静脉等手术区域相关组织器官，这导致目前的CT检查对腹腔镜肾切除手术中肾血管的处理帮助有限。

随着数字医学技术的发展，基于术前影像数据的三维重建技术在临床上已得到广泛应用，这使得患者影像数据不仅用于疾病的诊断，还用于手术规划，提高了手术的精准性和安全性[8-9]。目前，已有国内外多家公司开发了相关的医学影像处理软件，并应用于临床，如Mimics软件[10]、海信计算机辅助手术系统(Hisense CAS)[11]。

3D Slicer软件是美国国立研究院资助的免费、开源、多平台的医学图像处理软件[3]，它通过对影像数据三维重建，将患者的器官、血管及病变组织等以三维模型的形式呈现。3D Slicer软件在国内外的神经外科领域，已经开展了较丰富的临床应用场景[12]，但目前在泌尿外科领域应用较少，尤其在腹腔镜肾切除手术中的应用价值，尚未有报道。

三维可视化模型使术者在术前就充分了解手术区域组织器官的三维形态和具体位置，尤其是可以调整至腹腔镜视野下的角度观察，通过术中的认知融合，使术者可以在较短的时间内解剖式显露血管，减少术中探索性步骤。李新飞等[13]应用CT三维可视化系统(IPS系统，Yorktal)评估行肾部分切除术患者的肿瘤解剖结构、血供等信息，结果显示三维图像可提供直观的解剖结构，清晰显示肿瘤解剖参数及血供、脂肪等信息。本研究28例患者的CT数据，应用3D Slicer软件三维重建包含肾血管在内的手术区域三维可视化模型，术者术中通过腔镜视野与三维可视化模型的认知融合解剖显露肾血管，依据术前制定的肾血管处理方案逐一离断肾血管，28例手术均顺利完成，无1例改为开放手术，取得了较好的临床效果。

本研究中，我们术前依据患者三维可视化模型，制定了个体化的经腹腹腔镜肾血管处理方案，通过精准解剖肾门，可以减少切割闭合器的使用，减少患者手术费用。我们的体会如下：①首先确定肾血管离断位置。鉴于离肾门越近，肾血管分支越多，故左侧首选在腹主动脉左侧缘、右侧首选在下腔静脉右侧缘作为肾血管的离断位置。本研究28例中有23例依此位置离断肾血管，另外有5例因为肾蒂周围粘连、肾积水及病变位置等原因，术中改变了离断位置，选择离肾门较近的位置离断肾血管。②在离断位置上确定肾血管的离断顺序。遵循先动脉后静脉的原则进行离断，本研究中有5例在离断位置处肾静脉属支包裹肾动脉主干和/或分支，故选择先处理部分肾静脉属支，暴露出肾动脉后，再处理肾动脉。③确定肾血管的结扎方法。腹腔镜下肾血管结扎器械主要有Hem-O-lok和腔镜直线型切割吻合器，Hem-O-lok费用较低，但需要充分游离血管；腔镜直线型切割吻合器不需将血管游离特别充分，对于血管周围粘连、血管粗大以及肾动脉硬化严重的病例安全性更好，但肾动脉和肾静脉要分开处理[1，14]。28例手术中，我们对肾动脉及其分支的处理应用Hem-O-lok(L)顺利夹闭。对肾静脉及其属支，有24例采用Hem-O-lok处理，其中有7例静脉较宽者(超过15 mm)，使用血管提拉技术(10号双重丝线)提起后用Hem-O-lok(XL)顺利夹毕；有4例因为存在2个以上肾静脉属支或术中发现静脉粘连较重，应用腔镜直线型切割吻合器EC45A(钉仓ECR45W/白)顺利夹闭离断。需要指出的是，本研究病例数相对较少，没有设置对照组，没有分析不同血管变异患者之间的出血量和引流量情况，后续需增加样本量，进行前瞻性随机对照研究，进一步评估三维重建技术在腹腔镜肾血管处理中的应用价值。

综上所述，利用三维可视化软件，比如3D Slicer，三维重建包含肾血管在内的手术区域组织器官的三维可视化模型，依此制定个体化的肾血管处理方案，有利于安全地显露和处理肾血管，减少出血风险，增加手术安全性。同时，因为3D Slicer软件完全免费，不增加患者费用，且简单易学，有临床推广价值。