3D打印技术辅助腹腔镜下肾肿瘤冷冻消融术*

曹 健 朱 帅 叶明佶 皮硕煌 刘 侃 韩惟青 谢 宇

(湖南省肿瘤医院泌尿外科，长沙 410006)

【内容提要】 2016年4月～2017年4月，对4例单发肾透明细胞癌(上极1例，肾门1例，下极2例，最大径2.4～3.8 cm，平均3.13 cm)，术前通过3D图像辅助模拟冷冻消融治疗，设计需要的进针数及进针的深度和角度，术中对照3D打印模型实施手术。4例手术顺利，术后无并发症。随访8～16个月，平均13.3月。复查泌尿系统CT平扫加增强，冷冻区域均无强化表现。

中国泌尿外科诊疗指南[1]显示，外科手术是局限性肾癌的首选治疗方法，但是对于需要尽可能保留肾单位、有严重合并症、肾功能不全且肿瘤<4 cm的肾癌可以选择冷冻消融。欧洲泌尿外科诊疗指南[2]同样推荐具有严重合并症的老年患者可选择冷冻消融治疗小肾癌。经皮穿刺在CT、MR或超声引导下完成，或在腹腔镜下直视完成，主要依靠术者经验决定冷冻针使用数量、进针角度及深度，很难根据肿瘤形态精准适形形成冰球冷冻肿瘤，如用针过多则并发症多，对正常组织损伤大，用针过少则有可能难以达到良好的肿瘤治疗效果。

3D打印技术已用于辅助各种外科操作，包括复杂手术的术前规划及手术操作训练，可打印患者特异的手术辅助模型、手术替代物及外科手术器械等[3,4]。在保留肾单位的手术中，通过3D打印技术可以在术前打印出患肾的3D模型，清晰显示肿瘤大小、位置、浸润深度及其与肾血管、集合系统的关系，对术者的术前规划及术中指导具有重要的意义。基于3D技术在保留肾单位手术中的优势，我们认为3D技术可指导冷冻消融治疗，让术者可实施精准冷冻，从而最大限度保留肾单位。2016年4月～2017年4月，我们对4例单发肾透明细胞癌，且具有严重合并症或肾功能损害需要最大限度保留肾功能者，利用3D打印技术辅助术前规划，术中指导冷冻消融，为国内首次3D打印技术辅助腹腔镜下冷冻消融治疗的报道(教育部科技查新工作站Z11，201836000Z110173)，报道如下。

1 临床资料与方法

1.1 一般资料

本组4例，男2例，女2例。年龄50～75岁，平均62.8岁。1例有腰痛症状，其余3例无明显症状，均为体检超声发现。均行泌尿系统CT平扫、增强、三维重建，提示肾恶性肿瘤，左侧2例，右侧2例，均为单发，位于上极1例，肾门1例，下极2例，最大径2.4～3.8 cm，平均3.13 cm。1例孤立肾(因肾癌已行一侧肾切除)，1例因盆腔黏液性腺癌化疗5周期，1例对侧肾结石肾重度积水，1例对侧肾囊肿合并高血压。2例术前行肾穿刺活检，2例术中行肾肿瘤穿刺活检，病理诊断为肾透明细胞癌。临床分期均为T1aN0M0。术前血肌酐正常(70.7～80.1 μmol/L，平均75.5 μmol/L，正常值57.0～111.0 μmol/L)。

根据欧洲泌尿外科协会指南[2]及中国泌尿外科疾病诊断治疗指南[1]，病例选择标准：临床分期为T1aN0M0期，病理诊断为肾细胞癌，且具有严重合并症，或肾功能损害严重，或孤立肾，需要最大限度保护肾功能。

1.2 方法

1.2.1 仪器设备 3D打印技术采用医学影像控制系统MIMICS18.0(比利时Materialise公司)，HS402P 3D打印机(湖南华翔增量制造技术有限公司)，打印材料为尼龙材料(FS3200PA Nylon Powder，湖南华翔增量制造技术有限公司)。冷冻消融治疗采用美国氩氦刀系统(Cryocare Surgical System，美国加利福尼亚州Endocare高科技公司)。

1.2.2 3D打印技术 采用医学影像控制系统对双侧肾CT平扫加增强的影像数据进行分析处理，对患肾进行三维重建，使用软件在电脑上进行模拟穿刺，根据肿瘤的大小和位置，模拟计算用针数，进针角度及深度，优化出最佳方案，即用最少的针数使冰球完全覆盖肿瘤(图1A)。用3D打印机制作出患肾3D模型，辅助指导术中操作(图1B)。

1.2.3 腹腔镜下肾肿瘤冷冻消融术 根据3D打印模型的指导，选择经腹膜后途径手术。游离暴露患肾，根据3D打印技术辅助制定的最优方案，在腹腔镜下使用17G探针穿刺，针尖最终温度设置为2 min下降至-140 ℃，持续冷冻10 min，彩超监测使冰球超出肿瘤边缘1 cm以上，解冻复温10 min，解冻温度42 ℃，共进行2个循环的冷冻复温，第2次解冻复温后缓慢退出探针。

1.2.4 随访和疗效评价 术后定期门诊随访，询问症状，进行双肾CT平扫加增强扫描、胸片、腹部彩超检查、肝肾功能、电解质及尿常规检验，若发现问题则进一步检查。术后泌尿系统增强CT检查，冷冻治疗区域无肿瘤强化作为治疗成功的标准[5]。

2 结果

4例手术时间106～118 min，平均111 min，术中出血量50～100 ml，平均66.7 ml。术后血肌酐均正常(术后1周68.5～84.4 μmol/L，平均76.5 μmol/L；术后1个月70.5～85.6 μmol/L，平均74.8 μmol/L)。

随访时间8～16个月，平均13.3月。复查泌尿系统CT平扫加增强，冷冻区域均无强化(图2)，全身无明显远处转移。

图1 3D打印技术 A:提取患肾CT扫描数据进行三维重建，模拟冷冻消融进针数量、角度及深度，计算最佳方案；B：打印出模型辅助指导术中操作 图2 冷冻消融前后增强CT对比 A.术前左肾肿瘤(红箭头)，直径3 cm，可见明显不均匀强化，对侧肾囊肿(蓝箭头)，直径2 cm；B.术后1个月冷冻区域可见大片低密度影，无强化，为冷冻后肿瘤坏死组织；C.术后6个月治疗区域无明显强化，肿瘤坏死组织减少；D.术后12个月治疗区域几乎无坏死组织，且未见明显异常强化

3 讨论

3D打印技术在临床的运用绝大部分是打印出患者特异性的解剖模型辅助手术操作[4]。在泌尿外科中，3D打印技术用于辅助保留肾单位的肾部分切除术[6]、肾上腺部分切除术[7]、经皮肾镜取石术[8]、前列腺穿刺活检[9]等。在肾部分切除术中，术前3D打印出患肾模型，精准显示肿瘤的大小、位置、浸润深度及与肾动脉、肾静脉、集合系统的位置关系，有助于术者进行术前手术规划，术中参照指导，减少术中并发症，提高手术成功率及精度[6,10]。

腹腔镜冷冻消融是一种治疗肾癌的新型微创手段,与传统腹腔镜肾部分切除术治疗局限性肾癌相比具有自身的优势，尤其适合于孤立肾癌、术前肾功能不全者[11],而且可以达到很好的肿瘤治疗效果，在保留肾功能方面也有其优势[12～14]。腹腔镜下肾部分切除术是目前保留肾单位手术中运用广泛、效果肯定的方法，但是对术者技术要求较高，需要阻断肾脏血供，而腹腔镜下冷冻消融治疗技术相对简单。冷冻消融的优势在于相对安全，手术风险小，容易实施，无热缺血损害，无需切开及缝合肾实质，可以更好地保留肾单位，因此对于身体条件差及肾储备功能不足需要最大限度保留肾功能的患者意义尤为重大。Klatte等[15]的meta分析显示，与腹腔镜肾部分切除术相比，腹腔镜下冷冻消融治疗可较好地保护肾功能，减少并发症，但局部复发率(OR=13.03)及远处转移率(OR=9.05)显著高于腹腔镜肾部分切除术。但作者同时指出，腹腔镜下冷冻消融治疗选择的患者一般情况较差，年龄显著高于腹腔镜肾部分切除术，且孤立肾比率更高，因此在手术方式的选择上仍需非常谨慎，根据患者特点选择最利于患者的手术方式，对于那些年龄大、具有严重并发症者，冷冻消融治疗是一种很好的选择。我们联合3D打印技术辅助冷冻消融的方法可以进一步发挥冷冻消融的优势，对于适合接受冷冻消融治疗者可提供更加精确的肾功能保护。

本研究在国内首次探索了3D打印技术辅助腹腔镜下冷冻消融治疗进行精准肾功能保护的可行性，虽然这两种技术都已经分别运用于肾肿瘤的治疗，但是我们首次实现了联合此两种技术进行肾肿瘤治疗。经过4例手术，我们的经验如下：第一，在病例选择上，严格遵照国内外指南，选择因其他疾病肾功能损害较严重，如对侧肾重度积水、糖尿病肾病、高血压肾病者，或患者一般情况差不能耐受肾部分切除术，且肾肿瘤<4 cm。本研究1例孤立肾(因肾癌已行一侧肾切除)，1例因盆腔黏液性腺癌化疗5周期，1例对侧肾结石肾重度积水，1例对侧肾囊肿合并高血压，都需要最大限度保护肾功能。第二，术前可通过3D重建模型在电脑上模拟冷冻消融治疗，模拟进针位置、深度及角度；还可打印出患肾的3D模型，增加对肾脏解剖、肿瘤位置、与血管比邻关系的深入了解；可以为术者提供术中指导，在完整覆盖肿瘤的情况下，尽可能多地保留肾单位。需要注意的是，整个操作过程需与麻醉师密切配合，在进针时降低潮气量，减少呼吸运动引起的脏器移动，防止探针偏移。

我们认为，3D打印技术和腹腔镜冷冻消融技术已分别成熟运用于肾肿瘤治疗，二者联合使用有利于冷冻消融更加精准，尽可能保留肾单位，值得进一步推广。但本研究仅4例，是对此方法的初步探索，尚需进行大样本前瞻性随机对照研究证实其可行性及有效性。