基于3D打印技术经皮肾镜治疗肾结石的研究进展

姜良真 ，崔喆

1 天津市泰达医院泌尿外科 (天津 300457)；2 天津市天津医科大学总医院 (天津 300052)

3D打印技术是通过计算机设计软件将图像转为可用指定材料打印的新兴应用技术，是将三维数字成像技术与连续打印(多层次)技术相结合的一种增材制造技术。与传统材料加工方法不同，3D打印技术通过分层加工、连续性叠加成形的方式逐层加入打印材料最终生成3D实体模型[1]。伴随生物制造概念的提出，3D打印技术逐渐在医学领域得到应用，而且备受国内外医学研究者的关注。目前，3D打印技术打印出的人体器官在反映人体解剖细节方面有了很大突破，该技术最先应用于复杂手术的模拟操作、术前规划等方面，如假肢定制、器官制造、解剖模型等，展现出巨大的应用价值和发展前景。近年来，3D打印技术在泌尿外科领域获得越来越多的应用[2]，已成为临床医师共同关注的热点。本研究就3D打印技术在经皮肾镜治疗肾结石中的应用进行综述。

1 3D打印技术在经皮肾镜治疗肾结石中的应用现状

肾结石在泌尿外科住院患者中占据首位，经皮肾镜碎石取石术是目前临床处理复杂肾结石的重要治疗方式，该手术的重点环节及难点在于成功建立经皮肾镜穿刺通道，穿刺通道的成功与否直接影响取石成功率[3]。临床最常采用的建立经皮肾镜穿刺通道方式为借助B超定位及X线定位进行穿刺，然而B超定位清晰度欠佳，而X线定位获得的是二维图像，缺乏立体感，因此穿刺角度不好把握，穿刺成功率难以保证[4]。

借助3D打印技术，手术医师可获得清晰的三维立体肾结石模型，可依据模型进行术前多角度、多方位模拟、观察，为成功设计出最佳穿刺通道提供了可能，使得穿刺成功率大大提高而手术并发症显著减少[5]。国外文献报道，借助3D打印技术可观察到结石在肾的具体位置，施术者针对此进行术前规划并在3D打印模型上进行手术模拟操作，使得术中操作更加精准，不仅能避开血管，而且能迅速找到结石所在位置并进行准确处理[6]。该研究指出，3D打印技术避免了不必要的手术步骤，大大缩短了手术时间，而且显著提高了手术成功率。研究表明，3D打印技术能够精准模拟肾脏及结石的解剖关系及其细节，可为手术规划提供有价值的参考[7]。

魏晓松等[8]通过3D打印技术成功打印肾结石模型，并通过打印模型清晰观察到患者的结石位置、性状、大小等信息，以此进行术前规划并开展经皮肾镜穿刺取石手术，结果显示全部患者均顺利完成手术，且所有患者术中、术后无输血，术后无高热、感染、漏尿及大出血等并发症，证实3D打印技术打印的结石模型可准确反映结石与周围组织的解剖关系，为术者成功开展手术提供了保障。研究显示，肾脏3D打印模型与患者肾脏横径差值平均为0.212 cm，长径差值平均为0.283 cm，结石最长径差值平均为0.244 cm，提示3D打印模型与患者的肾脏及结石的实际大小相差很小，可为术前规划、手术模拟及术前结石定位提供准确信息，为术者选择最佳穿刺点及穿刺角度提供支持[9]。值得期待的是，3D打印模型已成为治疗复杂肾结石的新方向，其应用前景将异常广阔。

2 3D打印技术应用于经皮肾镜肾结石的个体化治疗

随着以人为本、敬畏生命及循证医学等理念的提出，疾病治疗不但要充分尊重患者的综合情况及其个人意愿，而且强调遵循循证医学原则。临床治疗过程中要针对患者的疾病特点及其个体化差异，包括个性心理特征、遗传特征、价值观等，制定适合患者整体需求的个体化治疗方案。3D打印技术能够在短时间内打造出患者手术区域的实体模型，以便供手术医师对该患者的病情、机体状况等进行直观、真实的观察和分析，从而根据患者的个体化术区状况设计手术方案，并可在实体模型上进行术前手术模拟操作，这不但有助于施术者模拟手术过程并熟悉手术操作步骤，而且为其评估手术风险及术后效果提供便利。研究资料显示，同样是肾结石，但每位患者的肾脏血管分布情况、肾集合系统的解剖学形态、肾脏与周围脏器的组织毗邻关系，以及肾结石位置等存在较大差异[10]。因此，经皮肾镜穿刺碎石术的穿刺位置、手术路径及其方法也有较大差别。而如何为每位患者设计最佳个体化手术方案极其关键，3D打印技术为这一现实需求提供了可能。夏雨[11]研究指出，3D打印技术可打印出个性化实体模型，而且能够精准显示肾脏与其周边器官的关系，显示肾盂、肾动静脉的位置，并显示肾蒂血管分布及结石位置，从而使得术者选择最佳穿刺入路、精准预判穿刺深度并定位目标肾盏及穿刺点，同时为判断是否需要双通道或多通道碎石提供指导。

此外，3D打印技术可为医患沟通提供便利条件。手术医师可利用个体化3D打印模型与患者及家属进行术前沟通，通过向患者及家属展示手术模拟过程及手术操作方法，有助于患者及家属直观了解自身病情及其手术情况，并深刻理解手术的意义极其风险[12]，这对促进医患交流、构建和谐医患关系有重要意义。

3 3D打印技术可为经皮肾镜手术演练及医学教学提供实体模型

临床教学是临床工作的重要组成部分。目前，各医院的轮转住院医师、进修医师、规培医师，以及医学生之间水平参差不齐，有些低年资医师对传统影像学资料如CT、X线片等的阅片能力有限，影响其准确判断患者病情。3D打印技术可针对不同患者进行个体化模型打印，通过3D模型能够清晰观察肾结石位置及肾脏解剖形态，而且可进行手术模拟，清晰呈现手术视野及手术过程。将3D打印模型应用于经皮肾镜碎石取石术的临床教学中，使得医学生对肾结石疾病有了更加直观、深刻的认识，并可直观观察手术方法、手术步骤，有助于提高教学效果。

4 3D打印技术在经皮肾镜肾结石治疗中的不足及展望

目前，3D打印技术在经皮肾镜结石治疗手术中还存在不足之处。(1)手术费用昂贵且时间消耗很大：在医学打印技术尚处于起步阶段的今天，打印价格昂贵，为患者带来较重的经济负担；同时，建模初期患者的肾脏三维图像重建过程复杂，重建时间较长，而且操作人员需要一定的学习时间，建模效率还有待提高。(2)打印模型的精确性依然有提高空间：信息采集时患者的体位不同，其结石与周围组织位置的关系存在一定差异，因此在CT信息采集阶段应充分结合术者对体位的要求采取合适的检查体位，以还原最真实的数据。(3)3D打印模型的打印材料还比较单一，较硬的打印材料不能较好反映人体组织器官软组织的弹性结构，而合适的软性打印材料还比较缺乏；此外，3D打印模型需要专业操作人员，而且对操作人员要求较高，且工作效率难以提高，影响临床推广。

虽然3D打印技术尚存在不少局限性，但随着研究者的不断探索和深入研究以及人们的广泛关注，3D打印技术在经皮肾镜肾结石的治疗中将发挥越来越大的作用。已有研究者开始研究生物材料打印，旨在研究可实现具有生物活性及器官快速成型的新型打印材料[13]。相信随着3D 打印技术的不断完善和成熟，其在经皮肾镜肾结石及其他医学领域的应用将发展至新的高度。

总之，3D 打印技术在经皮肾镜肾结石的治疗中已展现出诸多优势，而其应用中的局限性也将随着该技术的发展逐步迎刃而解。