全息影像技术在机器人肾部分切除术术前规划中的应用

郝帅营，张 刚，陈 旭，陆菁菁，张凯，李鸿波，朱 刚

(北京和睦家医院：1.放射科；2.泌尿外科，北京 100015)

机器人手术系统以其操作精细、视野清晰等优势，被越来越多地应用于肾部分切除术中。详细的术前规划能更好地帮助术者提前熟悉肿瘤与相关重要解剖结构的关系[1-6]。随着影像技术的发展，全息影像技术可以立体地显示病变及邻近组织结构[1]，近年来逐渐被应用于临床工作中。本研究回顾7例患者采用全息影像技术，辅助完成机器人肾部分切除术(robot-assisted partial laparoscopic nephrectomy，RAPN)的手术方案规划。

1 资料与方法

1.1 一般资料分析北京和睦家医院2018年9月至2021年2月收治的7例肾肿瘤患者的临床、影像和病理资料。7例患者中男性6例，女性1例；平均年龄50(30～67)岁；肿瘤位于右肾者4例，左肾3例；R.E.N.A.L.(Radius,Exophytic/endophytic,nearness,Anterior/Posterior,Location)评分平均为8(6～10)分。

1.2 全息三维影像的构建使用西门子64排双源计算机断层扫描(computed tomography,CT)系统(SOMATOM Definition Flash)对患者进行腹盆部扫描。扫描范围从膈顶至耻骨联合，扫描电压120 kV，自动管电流，扫描层厚5 mm，重建层厚1.5 mm。首先进行平扫，然后采用高压注射器经套管针向静脉内团注对比剂，流速为3～4 mL/s，动脉期、静脉期及延迟期扫描时间分别为25～30、60～70、180～300 s。

CT数据采用医疗数字影像传输协议(digital imaging and communication in medicine，DICOM)格式，上传至全息三维可视化分析规划系统工作站，由专业工程师将CT动脉期、静脉期和延迟期进行图像融合，重建成全息影像，用以辅助手术方案规划。为了便于观察，对正常肾实质采用半透明化重建，以肾段动脉分布为依据做肾段划分，将肿瘤、血管和集合系统等关键的解剖学结构用不同颜色区分。

1.3 图像评价2位放射科医生和2位泌尿外科医生进行图像观察，并达成共识。医生先阅读CT二维图像，然后再对全息影像进行评价。观察肾动脉和肾静脉是否存在变异。肾动脉变异包括：①多支肾动脉；②肾动脉过早分支；③混合型[7]。肾静脉变异包括：环主动脉左肾静脉、主动脉后左肾静脉、左肾静脉汇合过晚、异常回流及左肾静脉与脾静脉异常沟通、多支右肾静脉、右肾静脉汇合过晚[8]。评价全息影像对肿瘤位置的显示效果。测量肿瘤最大径并与术后病理测量结果进行比较。

2 结 果

2.1 全息影像对显示肾动脉和肾静脉变异的价值全息影像清晰地显示肾动脉和肾静脉变异(表1，图1C、E、F)。在肾动脉变异方面，全息影像显示多支肾动脉2例：其中2支肾动脉1例、副肾动脉1例、肾动脉过早分支1例。全息影像还发现肾静脉变异3例：主动脉后左肾静脉1例、两支右肾静脉1例、右肾静脉汇合过晚1例。在图像评价过程中，仅阅读二维图像时漏诊1例主动脉后左肾静脉变异，全息影像直观显示出了全部肾静脉变异(图1E)。

A：患者1，CT增强动脉期；B：患者1，全息影像显示内生型肿瘤(黄色)位于左肾上前段和下前段；C：患者1，全息影像同时显示了肾动脉(红色)、肾静脉(蓝色)和集合系统(绿色)，显示了两支右肾静脉变异；D：患者3，CT动脉期轴位图像；E：患者3，全息影像后面观显示右侧肾动脉过早分支和左侧主动脉后肾静脉变异，还显示了肿大的淋巴结(黄色)；F：患者4，全息影像后面观显示右侧副肾动脉和右肾静脉汇合过晚变异。图1 CT全息影像对肾肿瘤和肾血管变异的显示效果

2.2 全息影像对肾肿瘤位置与大小的评价全息影像立体显示了7例肾肿瘤的边界和其所处的肾段，对未凸出肾表面的肾内型肿瘤的瘤体亦可清晰显示(图1B)。全息影像所提示的肿瘤位置与术中所见吻合。通过术前CT和全息影像，术前所测7例患者平均肿瘤最大径(3.97±1.77)cm，术后病理平均肿瘤最大径(3.76±1.73)cm，CT所测肿瘤最大径平均比病理最大径多(0.21±0.16)cm，术前CT所测肿瘤最大径和术后病理肿瘤最大径差异有统计学意义(P<0.05)。7例患者的详细资料见表1。

表1 7例肾肿瘤患者的临床资料和手术病理结果

2.3 手术和病理结果采用达芬奇机器人手术系统(Da Vinci Robotic Assisted Surgical Systems)，7例患者均成功的完成了RAPN手术。患者平均手术时间183(145～240)min，平均出血量102(10～220)mL。术后均未出现并发症。术后病理诊断：血管平滑肌脂肪瘤1例，嫌色肾细胞癌1例，肾嗜酸细胞腺瘤1例，透明细胞癌3例，透明细胞乳头状肾细胞癌1例，切缘均阴性。肿瘤病理分期：2例为T1aN0M0，2例为T1bN0M0，1例为T1bN0M1(表1)。

3 讨 论

全息影像技术是近年来应用于医学领域的一种三维可视化技术，其通过三维成像技术将传统的二维图像制作成高清晰度、超强色域、立体感强的三维影像[5,9]。本研究中，全息影像立体和直观地显示了7例肾肿瘤的大小、位置以及血管变异，为制定RAPN手术方案提供了很好的资料，降低了手术风险。

RAPN术前规划中的一个重要方面是了解肾动、静脉的位置、形态和是否存在变异。对于合并血管变异的肾肿瘤患者，手术难度和风险也会有所增加。术前明确血管变异的存在及其表现形式对减少术中出血、缩短手术时间有重要意义[2-6]。通常每个肾有1条肾动脉和1条肾静脉。然而，多支肾动脉，肾动脉过早分支或主动脉后肾静脉等变异并不少见[7-8,10]。在本研究中，术前全息影像清晰显示了3例肾动脉变异和3例肾静脉变异，对术中处理变异血管起到了重要的提示作用，有助于避免血管损伤等严重并发症的发生。赵健等[12]报道284例机器人辅助腹腔镜肾部分切除术前行血管造影检查，发现肾动脉变异总的发生率为39.3%。肾动脉变异中较常见的是副肾动脉变异，手术时应避免误伤副肾动脉而造成相应供血区域肾组织缺血。肾静脉的走行、数量及注入部位等变异类型多种多样，以环主动脉左肾静脉和主动脉后左肾静脉更有临床意义[8]。与上述文献[7-8,10,12]中采用的立体渲染(volume rendering，VR)重建技术比较，全息影像可以多时相融合更清晰地展示肾肿瘤、肾动脉、静脉和集合系统。王亚楠等[4]对11例肾门部肿瘤采用全息影像技术引导RAPN治疗肾门部肿瘤，认为全息影像模型立体地呈现了肿瘤与周围血管及集合系统的关系，有助于术者更加精准地进行肿瘤剜除，减少并发症发生。全息影像中肾脏呈半透明状态，并且肾脏、肿瘤、动静脉、集合系统分别经过不同颜色渲染，直观显示手术部位的三维立体空间结构，帮助医生充分了解肿瘤与周围血管的关系。

机器人手术系统虽具有三维视野、稳定高清图像和过滤生理震颤等优势，但在操作过程中术者双手无法直接感触到肿瘤，所以术前准确了解肾肿瘤位置尤其重要。泌尿外科机器人手术与三维影像结合，有助于提高术者的解剖定位能力，使手术操作更加精确，缩短了手术时间，减少了手术相关并发症发生率，增加了手术的安全性[2]。在本研究中，全息影像立体形象地显示了肾肿瘤和其所在肾段，有助于术者对肿瘤位置的判断，选择更加合适的手术入路，在完整切除肿瘤的同时，最大限度地保留肾单位。赵子臣等[13]采用全息影像腹腔镜融合技术对5例肾内型肿瘤行肾部分切除术，全息影像所提示的肿瘤位置，与肉眼及术中超声所定位的位置吻合。全息影像通过精确的图像数据建立起三维可视化图像，能够使术者在术前获得更全面的肿瘤信息，制订准确的手术方案[5]。

肿瘤大小是肾细胞癌分期的重要指标，也是决定治疗策略的一个关键因素。临床医生依靠影像学推测肿瘤大小来指导患者治疗策略的选择。如果肿瘤大小的影像学和病理学测量结果之间存在差异，可能对临床实践有一定影响[14]。JEFFERY等[14]的研究显示，术前CT容易高估实性肾肿瘤大小，平均所测肿瘤大小较病理所测大3.1 mm。本研究术前CT所测肿瘤平均大小较病理所测大2.1 mm。CT所测肿瘤平均大小和病理大小之间差异虽然不大，但对于少数患者来说可能会导致术前分期和病理分期之间的差异从而影响治疗策略的选择。在术前肿瘤最大径的测量过程中，放射科医生需结合二维图像和全息影像，对测量结果进行审阅，减少偏差。

本研究病例数较少，仍需要纳入更多的病例进行研究，以验证全息影像的应用范围和价值。但初步临床应用结果显示，全息影像可清晰显示肾动脉和肾静脉变异，直观地显示病变的大小、位置以及与周围重要组织和器官的毗邻关系，有助于指导机器人辅助下肾部分切除术的术前规划，提高手术的精准性和安全性。