Междисциплинарность в урологии. 3D-технологии в урологии

DOI: https://dx.doi.org/10.18565/urology.2019.4(Suppl.).12-18

16.09.2019
27

Институт урологии и репродуктивного здоровья человека ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова», Минздрава России (Сеченовский Университет), Москва, Россия

Цель работы: показать значимость междисциплинарного взаимодействия в процессе применения 3D-технологий в хирургическом лечении пациентов с урологическими заболеваниями, начиная с этапа планирования тактики лечения больного в виде виртуального оперативного пособия с возможностью выполнения предоперационного тренинга на персонифицированной 3D-печатной модели, заканчивая дальнейшим использованием полученных данных в ходе выполнения реального оперативного вмешательства для навигации.

Любая из сфер жизнедеятельности человека в современном мире невозможна без использования современных достижений науки и техники. Для применения передовых технологий требуются отличные знания множества фундаментальных наук, но зачастую это не представляется возможным для одного человека. В связи с этим работа современного специалиста в любой из отраслей жизни человека не обходится без тесного взаимодействия и кооперации между людьми различных специальностей для достижения положительных результатов своего труда. Так, на сегодняшний день большинство специальностей в медицине не может обходиться без высокотехнологичных методов диагностики, в значительной степени способствующих выявлению многих заболеваний на ранних стадиях в организме человека. В разное время врачи для получения информации об анатомической структуре всего организма человека и отдельных органов и систем в частности, применяли различные визуализирующие технологии. Развитие визуализирующих методов исследования соответствовало характеру технологической научной мысли каждого временного отрезка в мире.

Впервые возможность получения изображений человеческого тела стала реальной после открытия, которое в 1895 г. совершил немецкий физик нобелевский лауреат Вильгельм Конрад Рентген, описавший «Х-лучи» в научной статье, где в качестве иллюстрации прикрепил рентгенограмму кисти жены с обручальным кольцом.

В дальнейшем на протяжении многих лет с целью визуализации в урологии основными методами диагностики были рентгенологические.

Следующим важным этапом в развитии методов визуализации в медицине стало изобретение компьютерной томографии в 1972 г., за которое английский инженер-физик Годфри Хаунсфилд и американский физик Аллан Кормак были удостоены Нобелевской премии.

В широкой медицинской практике методика компьютерной томографии стала применяться с 1992 г., когда на мировом рынке медицинских приборов были выпущены первые мультиспиральные компьютерные томографы «Elscint CT Twin» фирмы «Elscint Со». Дальнейшим большим прорывом в улучшении интерпретации существующих методов лучевой диагностики в последние десятилетия XX в. и начала нового XXI столетия стало применение компьютерных технологий для обработки получаемых данных визуализации. Современные компьютерные томографы за счет использования нескольких рядов детекторов позволяют за более короткое время получить изображение тела человека и объемный виртуальный образ патологического процесса (3D-модели, от англ. 3 Dimensions – три измерения) за счет программ трехмерной компьютерной графики. Не каждый человек сможет мысленно представить и воспроизвести объемную 3D-модель предмета из полученных его изображений в 2D-формате. Но, если этот человек – врач, присутствие такого качества воображения в разы важнее для сферы его деятельности, если этот врач еще и хирург, отсутствие такого свойства ума не позволит ему получить положительный результат планируемого оперативного вмешательства. Современные компьютерные технологии смогут решить эту проблему с легкостью.

Для выполнения 3D-моделирования и реконструкции в медицинских целях используется более 70 компьютерных программ. Основным протоколом для передачи цифровой информации, полученной при визуализации, в медицине служит формат «Dicom» (the digital imaging and communications in medicine). Протокол был разработан и стал использоваться в здравоохранении с 1993 г. [1]. Формат «Dicom» применяется для захвата, обмена и архивирования данных изображений в системах хранения данных и системах связи между пользователями.

Часть программного обеспечения находится в свободном доступе в Интернете и не требует приобретения лицензии для использования. Самыми известными доступными 3D-редакторами являются программы «OsiriX», «MicroView», «MIPAV» и др. [2]. Самое большое применение 3D-моделирования патологического процесса из отраслей медицины принадлежит ортопедии, стоматологии, пластической хирургии. В этих медицинских сферах моделируемые области в большей степени статичны, не подвержены большим смещениям в ходе визуализации за счет работы дыхательной и сердечно-сосудистой систем. И на стадии становления визуализирующих методов обследования мультиспиральной компьютерной (МСКТ) и магнито-резонансной томографии (МРТ) не было больших сложностей в преобразовании получаемых данных в формате 3D. По мере совершенствования компьютерного моделирования и получения положительных результатов от его использования методику компьютерного моделирования стали применять и врачи других специальностей.

Применительно к урологии первый опыт использования в мире 3D-моделирования в лечении больных относится к началу 2000-х гг. Первым мировым сообщением является работа Coll et al. (2000), которые привели данные об использовании 3D-моделирования в отношении 60 больных с опухолью почки в предоперационном периоде при планировании ее резекции. Построение 3D-моделей было произведено после выполненной МСКТ на стандартном программном обеспечении томографа (Silicon Graphics) [3]. В большин...

Список литературы

1. Mildenberger P., Eichelberg M., Martin E. Introduction to the DICOM standard. European radiology 2002;12(4):920–927. Doi: 10.1007/ s003300101100

2. Rosset A., Spadola L., Ratib O. OsiriX: an open-source software for navigating in multidimensional DICOM images. Journal of digital imaging 2004;17(3):205–216. Doi: 10.1007/s10278-004-1014-6

3. Coll D.M., Herts B.R., Davros W.J., et al. Preoperative use of 3D volume rendering to demonstrate renal tumors and renal anatomy. Radiographics: a review publication of the Radiological Society of North America, Inc 2000;20(2):431–438. Doi: 10.1148/radiographics.20.2.g00mc16431

4. Kocak M., Sudakoff G.S., Erickson S., et al. Using MR angiography for surgical planning in pelvic kidney renal cell carcinoma. AJR American journal of roentgenology 2001;177(3):659–660. Doi: 10.2214/ ajr.177.3.1770659

5. by three-dimensional magnetic resonance imaging: Staging and detection of multifocality. Urology 2004;64(3):453–457. Doi: 10.1016/j. urology.2004.04.037

6. Herts B.R. Role of three-dimensional imaging in surgical planning for kidney surgery. BJU international 2005;95 Suppl 2:16–20. Doi: 10.1111/j.1464-410X.2005.05192.x

7. Toprak U., Erdogan A., Gulbay M., et al. Preoperative evaluation of renal anatomy and renal masses with helical CT, 3D-CT and 3D-CT angiography. Diagnostic and interventional radiology 2005;11(1):35–40.

8. Derweesh I.H., Herts B.R., Motta-Ramirez G.A., et al. The predictive value of helical computed tomography for collecting-system entry during nephron-sparing surgery. BJU international 2006;98(5):963–968. Doi: 10.1111/j.1464-410X.2006.06419.x

9. Федоров В.Д., Кармазановский Г.Г., Гузеева Е.Б., et al. Виртуальное хирургическое моделирование на основе данных компьютерной томографии. М.: Видар, 2003:184.

10. Глыбочко П.В., Аляев Ю.Г. 3D-технологии при операциях на почке: от хирургиивиртуальной к реальной. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014.

11. Фиев Д.Н. Виртуальное моделирование для выбора метода лечения и планирования операций при хирургических заболеваниях почек: дисс. д-ра мед. наук: 14.01.23. 2015.

12. Сирота Е.С. Компьютер-ассистированные операции при заболеваниях почки: дисс. д-ра мед. наук: 14.01.23. 2018.

13. Lasser M.S., Doscher M., Keehn A., et al. Virtual surgical planning: a novel aid to robot-assisted laparoscopic partial nephrectomy. Journal of endourology 2012;26(10):1372–1379. Doi: 10.1089/end.2012.0093

14. Komai Y., Sakai Y., Gotohda N., et al. A novel 3-dimensional image analysis system for case-specific kidney anatomy and surgical simulation to facilitate clampless partial nephrectomy. Urology 2014;83(2):500–506. Doi: 10.1016/j.urology.2013.09.053

15. Li H., Chen Y., Liu C., et al. Construction of a three-dimensional model ofrenal stones: comprehensive planning for percutaneous nephrolithotomy and assistance in surgery. World journal of urology 2013;31(6):1587–1592. Doi: 10.1007/s00345-012-0998-7

16. Wang Z., Qi L., Yuan P., et al. Application of Three-Dimensional Visualization Technology in Laparoscopic Partial Nephrectomy of Renal Tumor: A Comparative Study. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A 2017;27(5):516–523. Doi: 10.1089/lap.2016.0645

17. Alberti C. Three-dimensional CT and structure models. The British journal of radiology 1980;53(627):261–262. Doi: 10.1259/0007-1285-53-627-261-b

18. Leigh S.J., Bradley R.J., Purssell C.P., et al. A simple, low-cost conductive composite material for 3D printing of electronic sensors. PloS one 2012;7(11):e49365. Doi: 10.1371/journal.pone.0049365

19. Ozbolat I.T., Yu Y. Bioprinting toward organ fabrication: challenges and future trends. IEEE transactions on bio-medical engineering 2013;60(3):691–699. Doi: 10.1109/TBME.2013.2243912

20. Silberstein J..L, Maddox M.M., Dorsey .P, et al. Physical models of renal malignancies using standard cross-sectional imaging and 3-dimensional printers: a pilot study. Urology 2014;84(2):268–272. Doi: 10.1016/j. urology.2014.03.042

21. Bernhard J.C., Isotani S., Matsugasumi T., et al. Personalized 3D printed model of kidney and tumor anatomy: a useful tool for patient education. World journal of urology 2016;34(3):337–345. Doi: 10.1007/s00345-015-1632-2

22. Zhang Y., Ge H.W., Li N.C., et al. Evaluation of three-dimensional printingfor laparoscopic partial nephrectomy of renal tumors: a preliminary report. World journal of urology 2016;34(4):533–537. Doi: 10.1007/s00345-015-1530-7

23. Knoedler M., Feibus A.H., Lange A., et al. Individualized Physical 3-dimensional Kidney Tumor Models Constructed From 3-dimensional Printers Result in Improved Trainee Anatomic Understanding. Urology 2015;85(6):1257–1261. Doi: 10.1016/j.urology.2015.02.053

24. von Rundstedt F.C., Scovell J.M., Agrawal S., et al. Utility of patient-specific silicone renal models for planning and rehearsal of complex tumour resections prior to robot-assisted laparoscopic partial nephrectomy. BJU international 2017;119(4):598–604. Doi: 10.1111/bju.13712

25. Komai Y., Sugimoto M., Gotohda N., et al. Patient-specific 3-dimensional Printed Kidney Designed for «4D» Surgical Navigation: A Novel Aid to Facilitate Minimally Invasive Off-clamp Partial Nephrectomy in Complex Tumor Cases. Urology 2016;91:226–233. Doi: 10.1016/j. urology.2015.11.060

26. Knezevic M., Paksi I., Ruzic B., et al. Construction of a 3D Complex Renal Stone Print and Kidney Print for Comprehensive Surgical Planning and Patient Information. Surgical innovation 2017;24(2):192–193. Doi: 10.1177/1553350617691160

27. Wake N., Rude T., Kang S.K., et al. 3D printed renal cancer models derived from MRI data: application in pre-surgical planning. Abdominal radiology 2017;42(5):1501–1509. Doi: 10.1007/s00261-016-1022-2

28. Golab A., Smektala T., Kaczmarek K., et al. Laparoscopic Partial Nephrectomy Supported by Training Involving Personalized Silicone Replica Poured in Three-Dimensional Printed Casting Mold. Journal of laparoendoscopic & advanced surgical techniques Part A 2017;27(4):420–422. Doi: 10.1089/lap.2016.0596

29. Maddox M.M., Feibus A., Liu J., et al. 3D-printed soft-tissue physical models of renal malignancies for individualized surgical simulation: a feasibility study. Journal of robotic surgery 2017. Doi: 10.1007/s11701-017-0680-6

30. Canvasser N.E., De S., Koseoglu E., et al. Three-Dimensional Printing of Surgical Clips: An In Vitro Pilot Study and Trial of Efficacy. Journal of endourology 2017;31(9):930–933. Doi: 10.1089/end.2017.0221

31. Park C.J., Kim H.W., Jeong S., et al. Anti-Reflux Ureteral Stent with Polymeric Flap Valve Using Three-Dimensional Printing: An In Vitro Study. Journal of endourology 2015;29(8):933–938. Doi: 10.1089/end.2015.0154

32. del Junco M., Okhunov Z., Yoon R., et al. Development and initial porcine and cadaver experience with three-dimensional printing of endoscopic and laparoscopic equipment. Journal of endourology 2015;29(1):58–62. Doi: 10.1089/end.2014.0280

33. Petrovskyi N.V. Determining of the intrarenal tumor margin during nephronsparing interventions.. diss. …Cand.Med.Sci. 2013. Russian (Петровский Н.В. Определение интраренальных границ опухоли для выполнения органосохраняющих операций на почке. Дисс. к.м.н., 2013).

Об авторах / Для корреспонденции

А в т о р д л я с в я з и: Е. С. Сирота – д.м.н., заведующий операционным блоком Института урологии и репродуктивного здоровья человека ФГАОУ ВО «Первый МГМУ им. И. М. Сеченова» (Сеченовский Университет), Москва, Россия; e-mail: essirota@mail.ru

Полный текст публикаций доступен только подписчикам

Нет комментариев

Комментариев: 0

Вы не можете оставлять комментарии
Пожалуйста, авторизуйтесь