3D打印模型在机器人肾部分切除术教学与手术规划中的革新价值

《Journal of Robotic Surgery》：Teaching and evolution in surgical planning of robotic partial nephrectomy with 3D printing models

本研究针对肾癌手术中传统二维影像规划不精确、教学难度大的问题，通过前瞻性队列研究评估3D打印模型在机器人肾部分切除术(RPN)规划与教学中的应用价值。结果表明：3D模型使手术方案修改率达25.6%，显著改善血管解剖评估(58.9%)和肿瘤深度判断(36.45%)，不同年资医师均获得安全性提升和手术时间缩短。该技术为高R.E.N.A.L.评分复杂病例提供了精准规划新范式。

　　

当肾癌成为欧洲发病率第八的恶性肿瘤，且每年以2-3%的速度增长时，泌尿外科医生面临着一个严峻挑战：如何在保证肿瘤完整切除的同时，最大限度保留肾功能。机器人肾部分切除术(Robotic Partial Nephrectomy, RPN)因其精准操作优势，已成为T1和T2期肾肿瘤的首选方案。然而，传统手术规划依赖的二维计算机断层扫描(CT)影像，难以真实还原肾脏复杂的三维解剖结构，这成为制约手术精度和教学效果的瓶颈。

肾脏深藏于腹膜后，其血管系统犹如精细的树状网络，肿瘤与血管、集合系统的关系错综复杂。对于经验不足的外科医生而言，仅通过二维切片想象三维解剖关系，无异于"盲人摸象"。更棘手的是，高R.E.N.A.L.评分（一种肾肿瘤解剖评分系统）的复杂病例，往往因手术风险高而被排除在保肾手术之外。这种困境催生了三维可视化技术的需求，而3D打印技术的出现，恰好为这一难题提供了创新解决方案。

在《Journal of Robotic Surgery》最新发表的研究中，Ana Loizaga Iriarte团队开展了一项前瞻性研究，探索3D打印肾脏模型如何重塑RPN的手术规划与教学模式。研究人员招募了32名拟行RPN的肾肿瘤患者，这些病例具有较高的手术复杂度（41%为中危R.E.N.A.L.评分，21%为高危评分）。研究设计巧妙之处在于，让不同年资的外科医生（包括3名高年资医师、1名低年资医师和4名住院医师）分别使用三种影像工具进行手术规划：传统二维CT、三维PDF重建影像和实体3D打印模型。

研究结果令人振奋：与二维CT相比，3D打印模型促使手术方案修改率达到25.60%，即使是与三维PDF影像相比，修改率也达到20.11%。这种改变并非均匀分布，而是呈现出有趣的专业特征。高年资医师在血管解剖评估方面的修改率高达63.16%，远低于低年资医师的12.5%，显示出专家更善于利用三维信息优化复杂血管处理方案。相反，在肿瘤大小和深度评估方面，低年资医师的修改率超过50%，表明3D模型对初级医师的形态学认知帮助更大。

这种规划精度的提升直接转化为临床效益：55.3%的医师安全感提升，手术压力降低4%，手术时间缩短30.4%。更重要的是，3D模型使得医师能够尝试更先进的手术技术，如选择性阻断甚至无阻断手术，这在传统二维规划时代几乎是不可想象的。

关键技术方法

研究团队采用多阶段技术流程：首先通过对比增强CT获取<2mm层厚的动脉期和静脉期影像数据；使用Syngovia Frontier 3D Printing软件进行器官分割（耗时30-35分钟）；通过Autodesk Meshmixer?优化网格结构并创建可透视内部结构的"网状"模型；最终采用PolyJet多材料打印技术，以不同颜色和硬度区分肾脏（透明粉色软质）、动脉（粉色硬质）、静脉（蓝色硬质）等结构，制造出高保真解剖模型。

研究结果

患者队列特征

32名患者平均年龄65岁，79%为男性，平均体重指数(BMI)28.5kg/m²。肿瘤左右侧分布均衡（45%左侧，55%右侧），R.E.N.A.L.评分分布显示38%低分、41%中分、21%高分，表明研究聚焦于具有挑战性的临床病例。

生物模型制作

从DICOM文件到成品模型的平均处理时间为95±10分钟，模型制作成本为380.43±96.36英镑。质量验证显示三维打印模型与数字版本偏差小于1%，采用网状材料设计便于术中手持观察。

术前评估变异性分析

二维CT与3D打印模型比较显示手术方案修改率达25%。关键决策点中，血管处理顺序(Q4.2)和肿瘤深度评估(Q7.2)变异度最高，分别达到56.82%和43.18%。

如图所示，3D模型在多重肿瘤病例中能清晰显示恶性病灶深度，并修正尿路损伤风险评估。

医师对3D模型可用性评价

57份可用性问卷显示，91.1%的医师在术中使用3D模型。58.9%的参与者强烈认同3D模型提升血管解剖理解，36.45%认为肿瘤深度评估更准确。不同年资医师均报告手术压力减轻和决策信心增强。

讨论与结论

本研究证实3D打印技术对RPN规划产生实质性影响，特别是对高R.E.N.A.L.评分病例。其价值不仅体现在手术方案优化，更表现在教学价值方面——住院医师能够通过实体模型理解复杂解剖关系，高年资医师则可规划更精细的手术策略。值得注意的是，3D模型有时也会导致放弃保肾手术的决策，体现出其在手术适应证评估中的客观价值。

尽管3D模型制作需要额外时间和成本（约500欧元），但其带来的手术精度提升和并发症预防效益，使其成为精准泌尿外科的重要工具。未来需要更大样本研究验证该技术对肿瘤学结局的长期影响。无论如何，这项技术已经为肾癌手术的精准化、个性化治疗开启了新的篇章，使得更多患者能够从功能保留性手术中获益。