3D打印导航胆道内镜治疗胆石症

王海峰，王三贵，冯晓辉，陈海波，叶锡银

（广东省东莞市南城医院 肝胆外科/东莞市胆囊疾病研究所，广东 东莞 523071）

胆石症（cholelithiasis）是一种常见病、多发病，可反复引起发热、上腹痛、消化不良，阻塞的胆管还会引起黄疸、化脓性胆囊炎、梗阻性胆管炎，严重者可致胆源性胰腺炎、胆汁性肝硬化，部分致胆管癌变。亚洲胆石症发病率为4%～15%，我国胆石症发病率为3%～11%[1]。近年来，随着我国居民饮食结构、生活习惯的改变，其发病率每10年增加约2倍[2]。3D打印是一种通过3D打印机把三维重建获得的图像数据应用分层叠加的方式，建立三维实体的快速成型技术，其个性化、精准化、远程化尤其适合于医学领域的疾病诊治[3]。胆石症患者解剖变异或反复感染常导致胆囊三角和管道结构显露困难，结石分布多变，增加了胆道并发症和残石率。本研究将3D打印技术与内镜碎石取石术相结合用于胆石症治疗，可减少结石复发，效果较好，现报道如下。

1 资料和方法

1.1 一般资料

回顾性分析 2018年5月至2019年7月东莞市南城医院收治的胆石症患者，按纳入排除标准筛选后，共263例纳入本研究，根据是否采用3D打印导航技术分为两组，观察组（n=131）：进行薄层CT扫描和三维可视化重建、打印胆道数字模型，应用于术前手术评估、模拟，制订手术方案，术中引导内镜精准取石；对照组（n=132）：按传统内镜手术方案治疗，未应用3D打印技术。年龄14～95岁，中位年龄43岁；病程0.5 h至27年。所有病例肝功能Child-Pugh分级均为A～B级，其中49例轻中度黄疸，两组基础资料比较无统计学差异（P＞0.05） （见表1）。纳入标准为：（1）超声/CT/MRI明确诊断为胆石症；（2）非急诊手术，能够完成CT薄层检查和数字重建。排除标准为：中转开腹、中途退出和失访。所有患者均签署知情同意书，本研究经东莞市南城医院伦理委员会审核批准。

1.2 方法

1.2.1 三维数据采集和3D打印：（1）薄层CT+增强：患者空腹或充盈胃肠道，东芝Aquilion 16层螺旋CT，层厚0.5 mm，由膈顶平扫至肝脏下缘。以碘佛醇造影增强扫描。（2）将薄层CT图像数据分期并导入3D重建软件3DVWorks V1.02，选择不同时期高对比度的CT数据，用阈值分割或区域生长等多种方法进行分割重建。（3）重建模型以STL格式导出，切片软件ChiTuBox 1.5切片，3D打印机根据需要按不同组合打印。

1.2.2 内镜碎石取石术：两组均根据肝胆解剖结构、胆道扩张状态和结石位置采用腹腔镜或经皮肝穿刺技术建立取石通道，胆道软、硬镜结合碎石仪、网篮等不同方式，进行碎石取石手术。观察组辅以可视化重建、仿真胆道进行术前模拟碎石取石，以胆道3D打印模型明确术中关键解剖结构，确定穿刺途径，结石大小、分布，导航内镜下寻石、碎石、取石，预估并解决术中难点，直到完成手术。

表1 两组患者术前资料比较

1.3 评价指标

比较两组手术时间、出血量、住院时间、并发症、结石复发率等。

1.4 统计学分析

采用SPSS 24.0软件对数据进行统计分析，计量资料正态分布用（±s）表示，组间比较采用t检验；非正态分布资料用中位数（四分位数）M（P25，P75）表示，组间比较采用Kolmogorov-Smirnov（K-S）检验；计数资料用百分率表示，组间比较采用χ2检验或确切概率法。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组术后一般情况

观察组131例术中所见均与三维可视化图像、3D打印模型吻合，实际手术方式与术前规划一致。与对照组比较，观察组手术时间[140（95，175）minvs140（110，195）min]和住院时间[7（6，10）dvs7（6，10）d]无统计学差异（P＞0.05）。观察组术中出血量减少[2（2，5）mLvs4（2，5）mL，P=0.001]，差异有统计学意义，但出血量均较少，无临床意义。

术后并发症：与对照组相比，观察组残石率更低，但无统计学差异[0.8%（1/131）vs3.0%（4/132），P=0.179]；对照组术后消化道出血1例，经保守治疗后痊愈。所有病例未发现胆瘘、胆道损伤、术中大出血及围术期死亡。

2.2 两组术后随访结果

所有病例均采用超声检查进行随访，随访时间3～13个月。与对照组比，观察组结石复发率明显降低[2.3%（3/131）vs12.9%（17/132），χ2=10.492，P=0.002]。复发结石均为低回声胆泥，予熊去氧胆酸持续口服后，5例胆泥消失（观察组2例，对照组3例），2例演变为高密度结石（观察组和对照组各1例），其余无明显改变。

2.3 典型病例

患者女性，48 岁，因“肝内胆管多发结石术后反复腹痛11个月”入院。既往因“胆囊结石、胆总管结石、肝内胆管多发结石”，行“开腹胆囊切除、腹腔镜胆总管探查取石、胆总管切开肝内胆管取石+胆肠吻合术”，带T管入院，CT示左右肝内胆管多发铸形结石（图1A～C）胆肠吻合术后。入院后行三维重建（图1D～F），打印3D模型（图2）。首次手术见左肝管与瘘道成锐角，取石困难，且结石较多，与3D打印模型一致。先经窦道取出右肝管内结石，左肝内胆管仅见开口，网篮套取小部分结石。术后CT示右肝管结石已消失，左肝管仍见大量结石。首次术后根据三维重建模拟经皮肝穿刺路径（图3），二次手术经皮肝穿刺，3D打印模型指引下穿刺左肝管成功，完全取净结石。

图1 肝内胆管结石CT及三维重建

图2 肝内胆管结石3D打印模型

图3 根据三维重建模拟经皮经肝穿刺路径

3 讨论

胆石症目前的主要治疗方式是胆囊、肝叶切除术或胆道镜下碎石取石手术，手术路径与效果多与结石分布及其相关解剖结构密切相关。结石分布复杂多样，可发生在胆管树的任何部位，而相关胆道系统复杂[4]，胆囊三角及肝门周围有重要的肝门静脉、肝动脉、左右肝管、胆总管、变异的右后支胆管等结构。结石分布目前主要根据二维的CT断层和超声描述进行预估判断，而超声内镜技术多用于取石过程中辅助，仅能观察内镜所处胆管的结石，无法了解整体分布。内镜碎石取石术具微创优势，但受到镜下视野限制，缺少全局和立体观。如何精准取石，减少并发症是目前胆石症内镜治疗中的难点。

3D打印在医学领域应用广泛[5]，如骨科、口腔科、神经外科等应用较广，肝胆外科也已逐步在临床开展，可视化肝脏模型在肝胆外科教学、ERCP、肝肿瘤和肝移植等的诊疗方面发挥了重要作用[6-8]，如方驰华等[9-10]将自主研发的MI-3DVS的3D可视化技术用于肝、胆、胰手术治疗。当前3D打印技术在临床应用中仍相对较少，可能与其成本较高、专业技术复杂有关，其临床应用的客观评价指标目前尚无统一规范和标准，需要结合相关指南和临床进一步研究。

将3D打印应用于各种胆石症患者的内镜手术，可通过CT薄层扫描数据进行3D重建，打印形象直观的3D模型[11]，直接观察结石在胆管的分布，了解结石与血管、胆管和关系[12]，判断取石难度，决定取石方案，导航和指引内镜碎石取石手术的进行。本研究显示3D打印导航辅助不增加手术时间和住院时间，同其他文献研究结果一致[13-14]，可减少术后结石复发率，手术方式过程符合精准医学理念；并且有利于建立胆石症3D数据库，从而由分布和形态上研究结石成因，促进数字技术在临床医学的转化应用。

我们尝试在胆管造影后采取CT扫描和3D打印相结合的方式重建数字胆道，打印模型精确，效果较好。目前该技术应用尚面临成本较高、彩色打印技术不够成熟、打印机和打印材料过于昂贵，以及重建技术复杂、维护成本高等困难，尚需进一步完善和改进。