肾脏解剖在经皮肾镜碎石取石术通道建立中的临床应用进展

林方优，饶婷，程帆

(武汉大学人民医院泌尿外科，武汉 430060)

流行病学研究显示，尿路结石是我国人群中的常见病、多发病，发病率为0.12%～6.02%，且随着居民生活质量和诊疗水平的提高，尿路结石的发病率呈逐年升高趋势，其高发病率、高复发风险以及高治疗费用给患者及社会造成沉重负担[1]。目前经皮肾镜碎石取石术(percutaneous nephrolithotomy，PCNL)已广泛应用于肾结石的治疗，并成为大多数鹿角型结石患者的首选治疗方式，而建立符合安全与效率原则的操作通道是顺利完成手术的关键[2-3]。肾脏血管解剖及集合系统结构是建立安全、高效PCNL通道的基础。理想的操作通道有助于提高结石清除率，同时可最大限度地缩短手术时间及降低并发症发生率[4]。通道内血管损伤是PCNL手术出血的主要原因，而对肾脏异常血管分布辨别不清可显著增加PCNL手术出血的发生率，尤其在患者凝血功能障碍的情况下更显著[5]。肾脏集合系统结构异常可直接导致通道建立困难、操作时间延长和术后残石率增加，甚至对整体疗效及患者预后产生影响[6]。从临床实践出发，加深对PCNL通道建立相关肾脏解剖的认知，可以为手术治疗提供坚实的理论基础，减少潜在的手术并发症。现就肾脏解剖在PCNL通道建立中的临床应用进展予以综述。

1 PCNL通道建立相关的肾脏解剖

肾脏应用解剖的总体发展历程可以概括为3个阶段，即局部解剖学研究、开放手术时期、医学影像技术与肾脏应用解剖之间的临床转化。PCNL的疗效与通道建立的安全性直接相关，而准确把握肾脏血管分布与集合系统结构的关系是建立安全通道的关键。20世纪90年代，Sampaio等[7]对人体肾脏解剖学的研究为经皮肾穿刺路径的选择提供了理论依据，即选择经肾盏穹隆而非漏斗部进行穿刺以避开肾柱内叶间血管，实现尽可能少的血管损伤。

1.1肾脏血管解剖 出血是PCNL最严重的术后并发症之一，研究显示，PCNL术后输血率为3.0%～6.0%，其中0.3%～1.4%的患者由于血流动力学波动需要行手术干预，如超选择性动脉栓塞[8]。基于对肾脏血管分布的准确认识，选择经乏血管区穿刺可降低手术出血的风险。人体肾脏动脉可分为6级，Ⅰ级和Ⅱ级分别为肾窦内的肾动脉和前后主干动脉；Ⅲ级为肾段动脉，分布于集合系统黏膜与肾实质交界处；肾段动脉在肾柱内走行为叶间动脉(Ⅳ级)，相邻肾柱间为肾锥体；叶间动脉在皮髓质交界处向肾锥体两侧发出弓形动脉(Ⅴ级)；弓形动脉在肾皮质内发出小叶间动脉(Ⅵ级)。其中，肾段动脉和叶间动脉损伤是导致PCNL手术出血的主要原因。肾锥体是肾实质内的乏血管区，正常肾锥体与肾小盏之间呈一对一的解剖关系，理论上两者的中心线基本重合，因此肾小盏轴线被认为是避免损伤肾柱内叶间血管的安全穿刺路径[9]。融合肾锥体是指肾实质内邻近的两个或多个锥体出现融合，不同于正常锥体，融合肾锥体内部存在变异的Ⅵ级动脉分布。由于融合肾锥体的存在，经肾盏穿刺并不能保证一定安全可靠[10]，这可能是经肾盏轴线的“精准”穿刺最终引起明显出血的原因。研究显示，肾髓质层动脉损伤可能引起高压动脉血渗透至邻近静脉或疏松结缔组织，间接导致延迟出血、动静脉瘘或假性动脉瘤的发生[11]。

1.2肾脏集合系统结构 PCNL通道建立相关的肾脏集合系统结构在指导目标盏选择、评估手术难度和结石残留、预测通道数目以及提供个体化治疗等方面均具有重要意义，其中肾盏夹角、盏颈宽度、肾盏长度及盏口方向等均可能与穿刺成功率直接相关。研究显示，积水肾集合系统形变与穿刺难易程度相关，集合系统表面积与穿刺成功率相关[12]。有研究发现，PCNL术中碎石迁移可能导致术后残石率增加，上下肾盏夹角>117.5°可潜在降低结石清除率[13]。肾盏解剖结构是影响手术方式选择的重要因素之一。针对位于下组肾盏的大型结石，当肾盂肾下盏漏斗夹角<30°时，选择PCNL可避免因排石不畅导致的碎石残留[14]。研究显示，集合系统三维重建可准确反映肾盏与结石的关系，穿刺肾盏与结石所在肾盏的夹角<75°可显著增加手术操作难度[15]。俯卧位是临床PCNL最常用的操作体位之一，俯卧位时中后组肾盏开口方向与患者体表垂直，可实现最短的皮肾间距，以减少周围脏器损伤，因此研究后组肾盏解剖有助于实现俯卧位PCNL的标准化。

2 肾脏解剖在PCNL通道建立中的应用

肾脏解剖与安全、高效的PCNL通道建立密切相关。PCNL通道建立包括精准穿刺和通道扩张两个连续的部分，其中精准穿刺主要涉及引导方式、目标肾盏的选择及穿刺方法；通道扩张主要包括扩张器械及方法、通道大小及数量等。在PCNL通道建立过程中，肾脏解剖均发挥重要作用。

2.1引导方式 经皮肾穿刺有赖于医学影像技术的引导，以实现在避开重要脏器及血管的同时按预设路径进行精准穿刺。常见的PCNL穿刺引导方式包括X线引导和B超引导，融合影像引导作为一种新技术也受到越来越多的关注。在B超或X线引导下肾小盏清晰可见，但肾锥体界限并不明显，因此临床均以肾小盏轴线而非肾锥体中心线作为PCNL的安全穿刺路径。

2.1.1X线引导 传统PCNL通道建立采用X线引导。1976年，Fernstrom和Johansson[16]首次报道，在X线定位下通过建立由皮肤至肾脏集合系统的通道取出肾结石，标志着PCNL技术正式形成。X线对肾盂肾盏尤其是非扩张肾盏的显示效果较好，在经复杂肾盏穿刺以及建立多通道等方面具有显著优势。虽然X线可清晰显示肾盏结构，有助于实现肾盏轴线穿刺，但缺乏立体感，且有辐射危害，难以实现动态穿刺定位；此外，X线引导对患者手术体位要求严格，仰卧位下X线引导穿刺并发症的发生率显著高于B超引导，尤其对于脊柱畸形等肾脏解剖位置异常的患者[17]。

2.1.2B超引导 B超引导可准确呈现患者肾脏解剖及其与周围脏器的解剖关系，并辅助术者实时调整穿刺路径，具有穿刺成功率高、应用广泛以及操作灵活简便等优点。但B超引导的学习曲线较长，在识别穿刺针和操纵导丝等方面的难度较大，且不能监测扩张器和操作鞘进入集合系统的深度，穿刺及扩张精度较难把握。有研究表明，B超引导穿刺联合X线识别导丝并辅助通道扩张，可显著提高PCNL的精度[18]。Brodel线是肾脏前后主干动脉分支后形成的天然乏血管平面，理论上由Brodel线穿刺进入目标肾盏可减少手术出血，但目前的影像引导方式均不能实现这一目标。与普通超声相比，彩色多普勒超声在肾脏血流信号采集方面的准确率更高，可以清楚显示叶间动脉、弓状动脉甚至皮质层小动脉，有助于识别Brodel线及融合肾锥体内的异位血管，以减少手术出血[10]。有研究发现，与普通超声相比，彩色多普勒超声引导穿刺可进一步降低术后输血率及栓塞率，是安全有效的经皮肾引导方式[19]。

2.1.3融合影像引导 目前医学图像配准及融合在临床诊疗中的应用越来越广泛，相关技术及设备也不断更新。CT具有较高的分辨率，可发现直径约1 mm的结石，是泌尿系结石的最佳成像方法，同时可准确显示结石分布与集合系统形态之间的关系，肾脏增强CT的皮质期还可清晰显示融合肾锥体结构，有助于辅助规划安全穿刺路径[10,20]。应用术前CT影像资料与实时超声图像进行实时超声-CT融合成像，可以获得高精度的超声扫描图像，理论上是一种精准、安全的PCNL穿刺引导方式[21]。研究发现，实时超声-CT融合影像引导下的电磁跟踪辅助穿刺安全可靠，与单纯B超引导相比，其出血等并发症发生率显著降低[22]。实时超声-CT融合成像技术虽然将CT图像与实时B超进行配准及融合，但实质上还是CT断层三维重建，难以进行纵向穿刺。目前多模态医学图像融合已取得一定进展，特别是在CT、磁共振成像等静态图像融合方面。与静态图像融合相比，实时超声-CT融合影像仍不能满足常规临床应用的要求，未来实现纵向动态融合可能是技术突破的关键。

2.2目标肾盏的选择 选择合适的目标肾盏可建立一个高效的操作通道，间接影响PCNL手术的结局。集合系统结构是建立高效PCNL通道的基础，一个理想的目标肾盏理论上应满足3个条件：①良好的可视角度和操作灵活度；②便于处理结石；③兼顾尽可能多的肾盏。目标肾盏的选择与结石分布特征及手术体位等密切相关。

2.2.1结石分布特征 对于单发肾盏结石，原则上应选择结石所在的肾盏进行穿刺。对于多发肾结石或铸型结石，选择结石所在位置最高且与其他结石所在肾盏呈钝角的肾盏进行穿刺，可以满足最大化清理所有肾盏结石的要求，同时可降低肾镜扭矩过大发生肾实质或盏颈撕裂的可能性[23]。对于存在明显积水的肾结石，目标肾盏的选择应满足肾皮质较薄、距离皮肤较近、可直达肾盂且摆动幅度小便于进入其他肾盏等条件。对于无积水的肾结石，借助逆行置管或利尿剂制造人工肾积水更有利于超声定位穿刺。对于单纯肾盂结石，选择中后组肾盏可以提高结石清除率和缩短手术时间[24]。

2.2.2手术体位 基于集合系统结构及其与结石分布关系的效率原则，设计个体化手术体位是PCNL的优选方案之一。1987年，Valdivia Uría等[25]首次发表了关于仰卧位PCNL的系统性临床研究，间接促进了腹腔镜联合肾内手术的产生。对于肥胖、脊柱畸形以及麻醉高危患者，仰卧位PCNL在患者舒适度、维持心肺等重要脏器功能以及多镜联合方面具有独特优势[26]。同时，仰卧位也是儿童PCNL安全有效的手术体位，具有电解质紊乱和低体温发生率低、便于麻醉监测等优点[27]。然而，仰卧位PCNL的经腹途径存在周围脏器损伤风险大以及肾脏摆动幅度大不利于穿刺和扩张等缺点。因此，俯卧位通过上极穿刺更方便，易于建立多个通道，但对于解剖异常的患者仰卧位具有独特优势。

2.2.3其他 选择经肾脏乏血管区穿刺建立PCNL通道有助于减少血管损伤及穿刺出血，Brodel无血管平面位于肾脏中部靠后外侧，是俯卧位经中后组肾盏穿刺的天然安全带[28]。融合肾锥体的解剖结构与正常肾锥体不同，经融合肾锥体的血管区进行穿刺可能增加手术出血的风险，因此应尽量避开与融合肾锥体相对应的肾盏[29]。对于肾脏解剖位置异常的患者，目标肾盏的选择应进行针对性调整，如马蹄肾解剖位置偏低，经上组肾盏穿刺可以避免胸膜损伤[30]。在麻醉医师配合下，上组肾盏穿刺安全可靠，且对下组肾盏及肾盂出口均具有良好的操作视角。对于目标肾盏结构异常(盏颈狭长、平行肾盏等)的患者，术前借助结石评分系统预估手术风险并结合三维重建精准设计手术路径非常重要[31]。

2.3穿刺方法 由于肾脏本身会随呼吸运动上下浮动，为保证通道建立的准确性并减少穿刺损伤，通常不会一步穿刺直接进入肾脏集合系统。目前临床上以两步穿刺法多见，即先从皮肤穿刺至肾脏外，再穿刺进入目标肾盏。针式可视化穿刺法则是在两步穿刺法的基础上，通过穿刺针内的集成影像系统实现穿刺通道的全程可视化。

2.3.1两步穿刺法 两步穿刺法的内容主要包括3个方面：①借助术前CT影像资料和术中B超实时动态显示，评估结石分布与肾盂肾盏之间的关系，确定目标肾盏；②根据目标肾盏影像特征明确穿刺盏的轴线方向；③应用B超可视化系统实时调整穿刺针道，根据患者体型、肾积水状态、肾脏周边脏器情况、呼吸运动规律及肋骨覆盖状况，灵活选择皮肤进针点，准确穿刺进入目标肾盏。两步穿刺法的操作要领在于两次调整进针方向：①在穿刺入肾实质之前调整进针方向；②根据肾脏随呼吸移动的规律调整进针方向准确刺入目标盏，若有偏差需退针至肾周脂肪外再次进针[32]。B超引导下经肾盏“穹窿-盏颈轴线”两步穿刺法是PCNL穿刺方法理论化、系统化的集中体现，其在两步穿刺的基础上，以目标肾盏轴线作为穿刺的理想目标方向，可有效避免进针过程中方向偏差损伤肾柱内血管，是一种安全、有效的穿刺方法[33-34]。

2.3.2针式可视化穿刺法 针式可视化穿刺法是指在两步穿刺法的基础上，应用F4.8针式可视穿刺经皮肾镜系统建立操作通道，是近年来PCNL穿刺技术的一个新进展[35]。可视化穿刺针本身带有内镜功能，可全程监视穿刺过程，有利于把握穿刺深度，避免通道丢失；同时，可通过监视器观察针芯尖端经过的各个解剖层次并及时调整进针方向，有效减少穿刺损伤。应用可视穿刺针穿刺后可留置导丝继续进行通道扩张，也可直接置入光纤进行碎石。对于解剖异常的肾结石、无积水肾结石、肾下盏结石、儿童肾结石以及残留小结石等特殊类型肾结石，针式可视化穿刺法均具有独特疗效，可显著提高通道建立的精准度，降低出血风险，促进患者术后恢复[36]。

2.4扩张器械及方法

2.4.1扩张器械 X线引导的球囊扩张在国外已普遍应用，目前国内主要以超声引导下的球囊扩张为主，但并未普及。有研究显示，超声引导下的球囊扩张安全有效，可显著缩短操作时间和降低输血率，这可能与球囊扩张器能够实现一步扩张和压迫止血有关[37]。在PCNL高容量中心使用筋膜扩张器和球囊扩张器的中位手术时间分别为55 min和90 min，表明手术经验丰富的外科医师可实现高效的筋膜连续扩张[38]。软性扩张不存在集合系统穿孔风险，因此球囊扩张的出血风险低于其他扩张方法。但有研究显示，球囊扩张器的平均输血率显著高于筋膜扩张器[39]，这可能与球囊扩张为一步扩张易产生肾实质撕裂有关。

2.4.2扩张方法 大样本临床研究显示，X线引导的一步扩张安全有效，且与逐步扩张相比并不增加出血率，同时手术时间和辐射暴露也均显著减少[37,40]。但一步扩张在术后肾功能损伤方面较逐步扩张更严重，这可能与快速扩张产生的径向矢量力易导致肾实质撕裂有关，但这种潜在不利影响的长期临床意义还有待进一步研究[41]。对于肾脏解剖异常及穿刺路径有瘢痕组织分布的患者，使用逐步扩张法的操作失败率及术后输血率均显著降低[42]。逐步扩张虽然安全可靠，但操作时间显著延长，且扩张深度不易控制，对术者经验要求较高，而多次扩张还可能增加通道丢失的风险。通道扩张应把握“宁浅勿深”的原则，以减少扩张器直接损伤或结石摩擦间接损伤集合系统。在扩张器未完全进入集合系统的情况下，直接置入操作鞘存在撕裂肾实质的风险，因此准确把握扩张深度是关键。

2.5通道大小及数量 PCNL的主要目的是通过建立合适的操作通道彻底清除结石，而通道大小及数量均与碎石率密切相关。尽管通道大小与手术出血之间的关系仍存在较大争议，但其在降低输血率、减少镇痛需求、实现术后无管化及缩短住院时间等方面获益显著，目前通道小型化已成为微创PCNL的主要发展趋势之一[43]。但小通道可能会增加术中操作时间和术后感染的风险。对于复杂性肾结石患者，增加通道数量可能有利于提高结石清除率，但也可能因此导致出血等手术并发症的增加。如何平衡安全与效率是选择通道大小及数量时面临的主要矛盾，肾脏解剖的相关研究可能有助于解决这一问题。

2.5.1通道大小 仪器的小型化可扩大PCNL的手术适用范围，显著减少术后并发症发生。传统PCNL以标准通道(24～30 F)为主，目前国内多采用微小通道(14～22 F)。微通道配合输尿管软镜或微型肾镜，具有摆动和转动范围大的优势，可到达大部分肾盏。同时，较小的直径使微通道对肾实质的创伤小，具有手术出血少、安全性高及适用范围广的优势[3]。研究显示，与8～20 F通道相比，24～30 F通道的术后出血率显著增加[44]，这可能与大通道引起的肾实质撕裂致肾柱内血管损伤有关。研究表明，微通道PCNL(14～20 F)较逆行输尿管软镜手术具有更高的结石清除率和输血率，而超微通道PCNL(11～13 F)及微通道PCNL(4.8～10 F)与逆行输尿管软镜手术的结石清除率和输血率相似[2,45]。对于复杂肾结石，合理设计穿刺路径以及大、小通道联合可最大限度地提高结石清除率，从而获得满意的清石效果。

2.5.2通道数量 增加通道数量是提高结石清除率的有效手段，但多个通道会增加手术损伤的风险。由于上-中肾盏夹角常为锐角，中组肾盏难以进入上盏，鹿角型结石的处理通常需建立多个操作通道[46]。研究表明，与单通道相比，使用多个标准通道治疗大型肾结石的出血率增加3%～46%，同时肾功能降低约2.28%[47]。多通道是否会显著增加手术出血目前仍存在争议，但研究表明，应用单个与多个微小通道术后肾功能改变比较差异无统计学意义[48]。需要注意的是，对于肾功能不全的患者，增加通道数量可能会进一步损害肾功能[49]。因此，合理设计穿刺路径及通道大小，减少多通道的使用，对于提高结石清除率以及改善患者预后均具有重要意义。

3 小 结

目前PCNL相关技术和设备已较为完备，并逐渐推广至各级医院。肾脏相关临床解剖学在指导泌尿外科医师建立安全、高效的PCNL通道中发挥重要作用。肾脏血管解剖是建立安全通道的基础，基于集合系统结构与结石分布关系的效率原则可最大限度提高结石清除率。肾脏解剖通道建立的理论基础和实践方法可为PCNL相关技术及设备的临床改进提供新思路，同时可促进PCNL的发展、应用与推广。相信未来随着PCNL与影像融合、人工智能等技术的协同发展，会出现更多安全、实用的新设备及新术式，从而为结石患者带来更满意的治疗体验。