二維 (2D) 成像方式的三維 (3D) 虛擬重建極大地改進(jìn)了泌尿外科領(lǐng)域的最佳手術(shù)計(jì)劃和解剖可視化過(guò)程。在過(guò)去的三十年里，泌尿外科領(lǐng)域已將 3D 重建技術(shù)應(yīng)用到臨床實(shí)踐中，以用于手術(shù)計(jì)劃，特別是在前列腺癌和腎癌的管理方面。在 3D 空間中呈現(xiàn) 2D 圖像的能力徹底改變了專家外科醫(yī)生或?qū)W生理解外科解剖學(xué)的方式，特別是在泌尿外科領(lǐng)域，了解各種泌尿生殖系統(tǒng)疾病。然而，已發(fā)表的文獻(xiàn)表明，3D 成像和重建技術(shù)已經(jīng)超越了單純的手術(shù)實(shí)踐。虛擬 3D 模型還有助于提高醫(yī)生與其患者之間的對(duì)話質(zhì)量，他們現(xiàn)在能夠更好地了解他們的疾病和治療方案。在本章中，我們概述了泌尿外科中各種 3D 重建方式的歷史、基本方法和益處，以及它們?nèi)绾坞S著時(shí)間的推移而發(fā)展。此外，我們將討論 3D 重建如何幫助塑造現(xiàn)代泌尿外科領(lǐng)域。

人類被賦予了在三個(gè)維度上與周圍世界互動(dòng)的能力。在研究解剖學(xué)、計(jì)劃手術(shù)病例或了解不同器官系統(tǒng)的生理過(guò)程時(shí)，學(xué)生和醫(yī)療專業(yè)人員等在獲得可視化結(jié)構(gòu)的工具（例如尸體、打印模型和交互式視覺表示。直到三十年前，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)還僅限于解剖結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單 2D 渲染，例如超聲 (US)、計(jì)算機(jī)斷層掃描 (CT) 和磁共振成像 (MRI)。醫(yī)生在術(shù)前為復(fù)雜病例做準(zhǔn)備的能力僅限于審查患者的掃描結(jié)果并咨詢過(guò)去可能遇到過(guò)類似病例的同事。對(duì)自己的疾病或治療計(jì)劃幾乎沒有實(shí)際知識(shí)的患者通常會(huì)在對(duì)他們?cè)谛g(shù)中和/或術(shù)后期望的期望只有模糊的了解的情況下進(jìn)行外科手術(shù)。然而，自 1990 年代初以來(lái)，橫截面成像技術(shù)的進(jìn)步與處理能力的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)相結(jié)合，使醫(yī)療專業(yè)人員能夠在 3D 空間中描繪人體解剖結(jié)構(gòu)并與之交互。具體來(lái)說(shuō)，在泌尿外科領(lǐng)域，計(jì)算能力的崛起恰逢“精準(zhǔn)手術(shù)”時(shí)代的開始[1] 其中腹腔鏡和機(jī)器人輔助手術(shù)技術(shù)允許采用微創(chuàng)方法治療許多泌尿生殖系統(tǒng)惡性腫瘤。多年來(lái)，隨著治療無(wú)數(shù)不同泌尿系統(tǒng)疾病的手術(shù)技術(shù)不斷發(fā)展，醫(yī)生用來(lái)為病例做最佳準(zhǔn)備并更好地了解患者獨(dú)特解剖結(jié)構(gòu)的 3D 成像技術(shù)也在不斷發(fā)展。

2.1.1 3D重建的基本方法

從廣義上講，構(gòu)建 3D 圖像的過(guò)程包括首先從 2D 圖像中獲取原始數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后使用計(jì)算機(jī)算法估計(jì)和推斷新的數(shù)據(jù)點(diǎn)（插值），隨后將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)渲染成粗糙圖像，最后可視化該圖像在 3D 空間中。（圖2.1）。

在新窗口中打開圖片

圖 2.1 創(chuàng)建 2D 圖像的 3D 重建時(shí)所需的逐步過(guò)程的示意圖

2.1.1.1數(shù)據(jù)采集

對(duì)于構(gòu)建 3D 圖像的逐步序列中的每一步，都必須記錄與圖像中元素的空間方向有關(guān)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是三個(gè)空間平面（即 x、y 和 z）的組成部分。在更先進(jìn)的成像方式中，例如 CT 和 MRI，這個(gè)過(guò)程并不難實(shí)現(xiàn)。使用這些成像類型，掃描臺(tái)捕獲目標(biāo)區(qū)域的橫截面圖像，能夠在患者通過(guò)掃描儀時(shí)自動(dòng)識(shí)別 3D 空間中圖像的每個(gè)片段的位置 [3]。

然而，像 US 這樣的成像模式缺乏在 3D 空間中映射圖像的能力（即在 z 軸上配準(zhǔn)圖像），使得 3D 重建的過(guò)程更加困難。US 無(wú)法以 CT 和 MRI 使用掃描臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)的相同方式在 3D 空間中注冊(cè)圖像的位置方向。相反，US 依靠聲學(xué)、電磁學(xué)和/或光學(xué)定位設(shè)備（例如 US 換能器）來(lái)記錄所記錄的每個(gè) US 圖像的坐標(biāo)。

與 CT 和 MRI 不同，超聲檢查本質(zhì)上是一種非機(jī)械化成像方式，主要依賴于“徒手”掃描技術(shù)。3,4]。使用非機(jī)械化圖像掃描系統(tǒng)，對(duì)成像探頭（或換能器）的移動(dòng)沒有強(qiáng)加限制，因?yàn)槿祟惗�不是�?jì)算機(jī)的任務(wù)是確定他或她希望選擇哪里作為掃描區(qū)域?qū)�圖像的興趣。在美國(guó)，醫(yī)生可以完全控制他們希望放置超聲換能器的位置以及如何放置探頭，以獲得他們認(rèn)為最能代表他們正在檢查的感興趣區(qū)域的圖像。

2.1.1.2插值

在收集連續(xù)圖像和原始位置數(shù)據(jù)后，它們隨后在稱為插值的過(guò)程中進(jìn)行處理和編輯。數(shù)據(jù)點(diǎn)的插值有效地涉及使用幾種計(jì)算機(jī)算法來(lái)填補(bǔ)原始數(shù)據(jù)集中存在的空白，以便生成可用于生成 3D 圖像的數(shù)據(jù)集 [4]。由于 US 成像的非機(jī)械化性質(zhì)，US 收集的圖像通常包含比 CT 和 MRI 圖像更多的“間隙”和偽影，使得插值過(guò)程更加困難和精確度降低。出于這個(gè)原因，美國(guó)圖像通常包含更多多孔的 3D 數(shù)據(jù)集，導(dǎo)致最終的 3D 重建圖像不是成像解剖結(jié)構(gòu)的真實(shí)表示 [3]。盡管 3D 技術(shù)隨著時(shí)間的推移取得了相當(dāng)大的進(jìn)步并部分解決了這個(gè)問題，但基于美國(guó)的數(shù)據(jù)集中存在的差距是 3D US 重建使用頻率低于 3D CT 和 3D MRI 重建的主要原因。

2.1.1.3渲染

一旦通過(guò)插值算法獲得最終的 3D 數(shù)據(jù)集，計(jì)算機(jī)生成的 3D 圖像就可以以幾種不同的方式呈現(xiàn)。術(shù)語(yǔ)“渲染”是指將 3D 數(shù)據(jù)集映射到 2D 屏幕以進(jìn)行可視化的過(guò)程。雖然渲染的圖像不會(huì)比典型的軸向圖像提供更多的信息，但是，它們確實(shí)為觀眾提供了對(duì)空間信息和解剖關(guān)系的更好理解[3]。

有四種主要的渲染方法需要注意：（1）最大強(qiáng)度投影（MIP），（2）多平面重新格式化（MPR），（3）表面渲染（或陰影表面顯示，SSD），和（4 ) 體積渲染。

MIP 渲染方法是一種可視化 3D 數(shù)據(jù)的方法，它只呈現(xiàn)最亮的體素（即 3D 網(wǎng)格上的值，類似于“像素”在 2D 空間中表示的值）[3]。當(dāng)目標(biāo)對(duì)象是圖像中最亮的對(duì)象時(shí)，最好使用 MIP，并且通常用于評(píng)估注射了造影劑的結(jié)構(gòu)，例如在 CT 血管造影和 CT 尿路造影中。5,6]。此外，由于這些特性，MIP 也是暴露高衰減動(dòng)脈或結(jié)石的一種很好的渲染方式 [3,7,8]。然而，由于該技術(shù)僅從具有最高值的數(shù)據(jù)中提取，因此 MIP 圖像通常包含 10% 或更少的原始數(shù)據(jù)集，從而限制了生成圖像的保真度 [7]。出于這個(gè)原因，當(dāng)計(jì)算機(jī)處理能力限制了高級(jí)成像技術(shù)的可訪問性時(shí)，通常使用 MIP 渲染技術(shù)。

多平面重建 (MPR) 是一種渲染技術(shù)，它從軸向 CT 圖像中提取數(shù)據(jù)以創(chuàng)建非軸向 2D 圖像。9]。MPR 圖像可以描述為冠狀面、矢狀面、斜面或曲面圖像，這些圖像是從厚度僅為 1 體素的平面橫切一堆軸向圖像生成的。10,11,12,13]。該技術(shù)對(duì)于評(píng)估經(jīng)直腸超聲 (3D TRUS) 的 3D 表示特別有用，因?yàn)槟承└信d趣區(qū)域可能僅在軸向切片上并不容易顯現(xiàn)[3]。

著色表面顯示 (SSD)（即表面渲染）提供對(duì)象表面的 3D 視圖，并以不同的密度（或不透明度）對(duì)各種表觀表面進(jìn)行著色，從而為圖像提供深度元素。SSD 根據(jù)觀察到的光強(qiáng)度和存在的陰影量，以不同程度的灰度對(duì)圖像中的每個(gè)表觀表面進(jìn)行陰影處理 [14,15,16]。這種技術(shù)在重建 CT/MR 膀胱鏡圖像時(shí)特別有用[3]。然而，正如 MIP 丟棄任何價(jià)值較低的數(shù)據(jù)一樣，SSD 丟棄除表面定義數(shù)據(jù)之外的所有數(shù)據(jù)，表面定義數(shù)據(jù)通常僅包含不到 10% 的采集數(shù)據(jù) [17]。

體繪制是一種可以產(chǎn)生更高保真度圖像的技術(shù)，它使用 3D 圖像中的所有可用體積 [9]。使用最初為電影電腦動(dòng)畫開發(fā)的技術(shù) [17,18]，體繪制使用各種計(jì)算技術(shù)在從 0 到 100%（完全透明度到總不透明度）的完整光譜上分配不透明度值 [19,20]。體繪制使用結(jié)構(gòu)的不透明度和照明信息來(lái)揭示結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系。此外，體繪制涉及為不同的組織分類應(yīng)用各種顏色，同時(shí)為單獨(dú)的照明效果保留灰度色調(diào)。通過(guò)這種方式，體繪制過(guò)程可以快速處理 3D 數(shù)據(jù)集并以對(duì)人類光學(xué)能力而言更自然且對(duì)深度感知更直觀的方式創(chuàng)建/著色圖像 [21,22]。因?yàn)樗�有獲取的數(shù)據(jù)都可以用于這種渲染模式，所以體積渲染需要比 MIP、MPR 或 SSD 更多的處理能力。

2.1.2臨床泌尿外科實(shí)踐中 3D 重建方式的歷史 2.1.2.1臨床泌尿外科3D重建的第一次迭代

臨床泌尿外科實(shí)踐中首次提到 3D 重建是在 1990 年，當(dāng)時(shí) Kaneto 及其同事旨在繪制先天性腎積水患者輸尿管盆腔交界處 (UPJ) 的 3D 肌肉結(jié)構(gòu)圖。23]。在這項(xiàng)研究中，先天性腎積水患者的連續(xù) UPJ 組織學(xué)切片沿輸尿管軸縱向采集，固定在福爾馬林中，并包埋在賽洛汀-石蠟中。隨后對(duì)每個(gè)組織切片進(jìn)行立體形態(tài)測(cè)量分析（即大小和形狀的定量分析）以確定平滑肌層的任何結(jié)構(gòu)變化。為了從這些連續(xù)的組織切片中可視化 UPJ 的 3D 肌肉結(jié)構(gòu)，Kaneto 及其同事使用計(jì)算機(jī)輔助重建技術(shù)將切片簡(jiǎn)化為一系列矢量束，以便切片的排列可以表示為矢量分布。從最終的向量分布，

2.1.2.2計(jì)算機(jī)斷層掃描和超聲檢查

在 Kaneto 及其同事從一系列組織切片中創(chuàng)建 UPJ 的 3D 表示之后幾年，Hubert 及其同事展示了使用螺旋 CT 采集技術(shù)對(duì)各種腎血管、腎盞和實(shí)質(zhì)表面進(jìn)行 3D 重建的能力。這項(xiàng)研究不僅在記錄使用 CT 技術(shù)創(chuàng)建 3D 腎臟重建的第一個(gè)實(shí)例方面具有影響力，而且還證明了對(duì)各種泌尿系統(tǒng)現(xiàn)象進(jìn)行 3D 重建的可行性，包括獲得性先天性畸形（即馬蹄腎、巨輸尿管、異位器官）畸形（即憩室和膀胱小梁）、腎結(jié)石（包括鹿角形結(jié)石）和腎移植[24,25]。

當(dāng) Hubert 及其同事發(fā)布基于 CT 的 3D 重建的初步數(shù)據(jù)時(shí)，Crivianu-Gaita 及其同事希望在他們位于羅馬尼亞的小縣醫(yī)院重新利用 3D 重建技術(shù)來(lái)幫助計(jì)算前列腺體積，從而更好地評(píng)估患者疑似前列腺腺瘤。然而，與休伯特的團(tuán)隊(duì)不同，該團(tuán)隊(duì)既沒有 CT 機(jī)器也沒有直腸內(nèi)超聲檢查（研究前列腺腫瘤的最合適的成像方式），這迫使 Crivianu-Gaita 及其同事想出一種新的前列腺建模方法。

縣醫(yī)院的泌尿科醫(yī)生接受了通過(guò)經(jīng)腹檢查使用超聲估計(jì)估計(jì)的培訓(xùn)，這是一種確定前列腺腫瘤體積的精確得多的方法。然而，精確計(jì)算前列腺體積對(duì)于選擇治療前列腺腺瘤的手術(shù)方法尤為重要，Crivianu-Gaita 指出，在他們的機(jī)構(gòu)內(nèi)，在中小型腺瘤病例中存在高估前列腺體積的趨勢(shì)。因此，Crivianu 及其同事創(chuàng)建了一個(gè)軟件工具，可以從 2D 超聲圖像合成逼真的 3D 前列腺模型，并最大限度地減少計(jì)算前列腺體積時(shí)的錯(cuò)誤。Crivianu-Gaita 將 29 名患者的真實(shí)前列腺體積與超聲設(shè)備和 3D US 軟件計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)他們的應(yīng)用產(chǎn)生了 9 的平均誤差。26]。

在 Crivianu-Gaita 的研究檢查前列腺腫瘤體積后，3D US 技術(shù)很快被用于許多其他泌尿外科目的，包括檢查輸尿管的腔內(nèi) [27] 并為核心活檢模擬創(chuàng)建模型 [28,29,30]。Bagley 及其同事首次發(fā)表了初步數(shù)據(jù)，證明了輸尿管 3D 腔內(nèi)超聲檢查在檢查輸尿管狹窄、輸尿管盆腔交界處、輸尿管腫瘤和輸尿管膀胱交界處的有效性。在他們的研究中，他們使用連接到專用超聲單元的 6.2F 腔內(nèi)超聲導(dǎo)管來(lái)拍攝輸尿管腔內(nèi)管道的連續(xù)橫截面圖像。隨后，Bagley 及其同事能夠使用體積渲染技術(shù)生成輸尿管的高保真 3D 模型，該模型能夠暴露管腔的不規(guī)則結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征。27]。

Egevad 及其同事利用 3D 重建從經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)活檢中模擬前列腺病變。在他們的研究中，他們比較了模擬 10 次活檢方案與傳統(tǒng)六分儀術(shù)前活檢方案的癌癥檢出率和相關(guān)腫瘤體積。對(duì) 81 名患者進(jìn)行了經(jīng)直腸超聲引導(dǎo)的核心活檢，這些患者接受了根治性前列腺切除術(shù)，并將他們的標(biāo)本進(jìn)行了階梯式切片和整體安裝。使用這些切片，重建每個(gè)前列腺的 3D 體積，將模擬真實(shí)活檢位置的虛擬核心活檢針插入前列腺，并計(jì)算癌癥產(chǎn)量。Egevad 及其同事發(fā)現(xiàn)，在通過(guò) 10 次標(biāo)準(zhǔn)虛擬活檢檢測(cè)到的癌癥中，有 24% 的癌癥在六分儀活檢中仍未被發(fā)現(xiàn)。28]。Egevad 及其同事支持前列腺活檢的 3D 模擬可以改進(jìn)活檢方案的觀點(diǎn)，這一事實(shí)在隨后的研究中得到了進(jìn)一步證實(shí)。29,30]。

2.1.2.3磁共振和透視

到 2000 年代中期，隨著腹腔鏡檢查和微創(chuàng)手術(shù)成為泌尿外科領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)做法，對(duì)比增強(qiáng)磁共振血管造影 (MRA) 和成像 (MRI) 變得越來(lái)越普遍。MRA（和 MRI）變得越來(lái)越流行，因?yàn)樗�與 CT 成像相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗�不需要腎毒性和過(guò)敏性對(duì)比材料，并且避免了電離輻射。多年來(lái)，腹部非對(duì)比 MRA 的使用受到成像時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)偽影和技術(shù)缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的限制。然而，本世紀(jì)初在 MR 硬件、軟件和掃描方面的新進(jìn)展有助于縮短成像時(shí)間并顯著提高整體圖像質(zhì)量。31,32,33]。Wang 及其同事發(fā)表了首批利用術(shù)前 3D MRA 技術(shù)在腹腔鏡腎臟手術(shù)之前進(jìn)行腎臟重建的研究之一。在將他們的 3D MRA 圖像重建與實(shí)際術(shù)中發(fā)現(xiàn)進(jìn)行比較時(shí)，Wang 及其同事發(fā)現(xiàn)他們的 3D 模型與真實(shí)的腎臟解剖結(jié)構(gòu)密切相關(guān)（96%），特別是在異常脈管系統(tǒng)（即重復(fù)的腎動(dòng)脈或靜脈、輔助血管和交叉）方面船只）。這些發(fā)現(xiàn)首先證明了 3D MRA 在提供高度準(zhǔn)確和詳細(xì)的腎血管系統(tǒng)重建方面的價(jià)值 [34]。

傳統(tǒng)上，腎血管解剖和功能模式已經(jīng)在放射成像的幫助下進(jìn)行檢查，例如血管造影、對(duì)比 CT 或 MRI，并計(jì)算機(jī)化為 3D 重建模型。然而，這些放射學(xué)方法仍然存在的一個(gè)問題是 3D 圖像質(zhì)量不足以查看腎臟微血管。隨著外科和放射學(xué)實(shí)踐繼續(xù)向高度選擇性的保留腎單位技術(shù)發(fā)展，在治療前檢查微血管系統(tǒng)和了解復(fù)雜的腎臟解剖結(jié)構(gòu)變得至關(guān)重要。此前一項(xiàng)研究表明，使用熒光成像低溫切片術(shù)可以清楚地暴露山羊心臟中直徑小至 40 μm 的血管。35]，Lagerveld 及其同事評(píng)估了熒光鑄造、冷凍切片機(jī)成像和 3D 計(jì)算機(jī)重建的組合使用是否可以提供一種在豬腎臟模型中可視化腎血管樹的新方法。Lagerveld 和他的團(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)建動(dòng)脈血管樹的 3D 重建，顯示完整的豬腎動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)，分辨率高達(dá) 50 μm [36]。（圖2.2）。

在新窗口中打開圖片

圖 2.2 3D 重建技術(shù)發(fā)展中重要和創(chuàng)新研究的時(shí)間線

2.1.3 3D 重建的現(xiàn)代應(yīng)用 2.1.3.1 3D打印

雖然 3D 打印多年來(lái)一直在制造商中司空見慣，但 3D 打印和模型的應(yīng)用在泌尿醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一直是一個(gè)相對(duì)較新的發(fā)展。2014 年，Priester 及其同事在臨床泌尿科實(shí)踐中檢驗(yàn) 3D 打印的實(shí)用性的首批研究之一是使用患者特定的 3D 打印模具評(píng)估前列腺癌 MR 成像的一種手段。37]。從那時(shí)起，許多研究發(fā)表的數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)了 3D 打印技術(shù)在幫助理解腎臟和前列腺血管和結(jié)構(gòu)解剖學(xué)方面的重要性和價(jià)值，特別是在癌癥的情況下。

關(guān)于前列腺癌，3D 打印技術(shù)已被證明是一種有價(jià)值的臨床和教育工具。物理 3D 打印模型幫助醫(yī)生更深入地了解腫瘤相對(duì)于周圍脈管系統(tǒng)的位置 [38]。此外，根據(jù) Porpiglia 及其同事的說(shuō)法，術(shù)前仔細(xì)檢查 3D 打印的前列腺模型有助于增強(qiáng)醫(yī)生術(shù)前的信心，并在術(shù)中感知手術(shù)精度。39]。其他人還表明，顯示疑似前列腺病變的 3D 打印模型有助于影響手術(shù)治療過(guò)程，并鼓勵(lì)外科醫(yī)生更頻繁地采用保留神經(jīng)的技術(shù)。40]。

關(guān)于各種腎皮質(zhì)腫瘤的手術(shù)治療，Silberstein 及其同事表明，在計(jì)劃保留腎單位的手術(shù)時(shí)，腎臟惡性腫瘤的 3D 模型已成為醫(yī)生有用的診斷參考工具，尤其是在常規(guī) 2D 成像效果不佳的情況下。41]。3D 打印模型已被證明可以鼓勵(lì)外科醫(yī)生采用更復(fù)雜、更精確的手術(shù)治療方案，因?yàn)橥饪漆t(yī)生在咨詢物理模型后，對(duì)患者獨(dú)特的腫瘤形態(tài)和術(shù)前體積有了更深刻的了解。

2.1.3.2增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 是指在術(shù)前或術(shù)中將 3D 虛擬圖像疊加或?qū)�齊到患者的實(shí)際診斷圖像或視頻上。45]。為了將 AR 應(yīng)用到外科手術(shù)中，需要幾個(gè)關(guān)鍵步驟。首先，需要從標(biāo)準(zhǔn) 2D 圖像重建 3D 手術(shù)模型。其次，這些 3D 模型必須集成到成像軟件中，以便它們可以疊加到患者的診斷圖像或?qū)崟r(shí)視頻上。最后，在術(shù)中，外科醫(yī)生必須使用頭戴式可穿戴設(shè)備，例如索尼的頭戴式 3D 查看器或 Google Glass™，以便能夠跟蹤手術(shù)器械相對(duì)于手術(shù)區(qū)域中目標(biāo)器官的運(yùn)動(dòng)。46,47]。

幾項(xiàng)研究已經(jīng)檢驗(yàn)了利用 AR 和頭戴式顯示器實(shí)時(shí)可視化內(nèi)窺鏡圖像的價(jià)值和功效。在這些情況下，頭戴式顯示器與手術(shù)內(nèi)窺鏡、攝像頭和 AR 軟件進(jìn)行物理連接，以便顯示器可以將 3D 模型渲染疊加到實(shí)時(shí)術(shù)中視頻上。迄今為止，AR 已被證明可有效幫助外科醫(yī)生在根治性腎切除術(shù)中更好地了解患者的解剖結(jié)構(gòu)和惡性腫瘤。48,49]，部分腎切除術(shù) [50,51]，腎輸尿管切除術(shù) [52]，放置尿道支架[53]，以及各種腫瘤的治療，如尿路上皮前列腺癌和腎癌 [54,55]。

2.1.3.3沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)（iVR）

醫(yī)生可視化 3D 模型的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了在平面計(jì)算機(jī)屏幕上檢查靜態(tài)圖像的能力。幸運(yùn)的是，Oculus™、Sony VR™ 和 Google Glass™ 等各種虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴設(shè)備的出現(xiàn)使醫(yī)生能夠在視覺和認(rèn)知上處理 3D 圖像。沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí) (iVR) 是一種可視化模式，它讓醫(yī)生在交互式模擬中體驗(yàn)到身臨其境的 3D 模型。最近，Parkhomenko 及其同事證明了使用基于 CT 的 iVR 模型在經(jīng)皮腎鏡取石術(shù) (PCNL) 手術(shù)中術(shù)前查看患者解剖結(jié)構(gòu)的價(jià)值和潛力。（圖2.3) 使用 iVR，外科醫(yī)生被發(fā)現(xiàn)能夠?qū)�患者的所有相關(guān)解剖成分進(jìn)行精細(xì)操作、分離和可視化，包括腎實(shí)質(zhì)、集合系統(tǒng)、結(jié)石和周圍器官。Parkhomenko 及其同事發(fā)現(xiàn)，在這些 PCNL 病例中，iVR 提高了外科醫(yī)生對(duì)最佳進(jìn)入花萼以及結(jié)石大小、位置和方向的理解。在外科醫(yī)生能夠使用 iVR 查看患者圖像的情況下，患者在術(shù)中透視時(shí)間顯著減少，此外失血量減少、腎造口術(shù)減少和總體無(wú)結(jié)石率更高。56]。

在新窗口中打開圖片

圖 2.3 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí) (iVR) 技術(shù)。( a ) 仔細(xì)檢查患者非對(duì)比 CT 掃描的連續(xù)橫截面圖像（2-3 毫米厚），并在 3D Slicer 中對(duì)腎血管和腎實(shí)質(zhì)進(jìn)行著色（美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院，貝塞斯達(dá)，馬薩諸塞州）（bd）患者' 腎臟解剖可以在 3D 空間中可視化，并且使用 Oculus Rift 和 Touch 控制器（Facebook Inc.，Menlo Park，CA），觀眾可以與腎臟脈管系統(tǒng)和實(shí)質(zhì)進(jìn)行交互

2.1.3.4重新定義泌尿生理學(xué)和疾病

3D 重建已證明其在促進(jìn)科學(xué)界對(duì)泌尿生殖生理學(xué)的理解方面具有價(jià)值，特別是在腎內(nèi)和腎外神經(jīng)方面。3D 重建技術(shù)的現(xiàn)代進(jìn)步使得更好地可視化和繪制腎動(dòng)脈、腎靜脈、節(jié)段血管和腎內(nèi)脈管系統(tǒng)中微觀神經(jīng)的自主分布成為可能。57]、膀胱[58]和輸尿管[59]。從這些虛擬 3D 模型收集的信息提供了一種映射神經(jīng)組織和泌尿道各個(gè)部分之間連接的方法，這是一個(gè)以前定義不明確的領(lǐng)域。此外，提高對(duì)局部神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)的了解有助于改進(jìn)靶向神經(jīng)調(diào)節(jié)療法，并防止侵入性手術(shù)過(guò)程中不必要的組織損傷。

2.2結(jié)論

在過(guò)去的三十年里，3D 重建技術(shù)從早期階段開始有了相當(dāng)大的發(fā)展，尤其是在泌尿外科領(lǐng)域。這種改進(jìn)不僅歸功于成像方式和計(jì)算機(jī)處理技術(shù)的快速進(jìn)步，還歸功于泌尿外科界的共同努力，以更好地了解患者術(shù)前獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)并最大限度地減少術(shù)中的手術(shù)侵入性。如今，3D 虛擬/打印實(shí)踐已進(jìn)入日常實(shí)踐，用于治療國(guó)際數(shù)百家機(jī)構(gòu)的許多不同泌尿系統(tǒng)疾病。3D 重建已證明其作為手術(shù)計(jì)劃、醫(yī)生教育和培訓(xùn)以及更全面的患者咨詢的有用臨床工具的價(jià)值。