Výzkum implikace technologie trojrozměrného tisku na chirurgii ledvin
Mar 18, 2022
Kontakt: Audrey Huaudrey.hu@wecistanche.com
Francesco Esperto, Francesco Pratal a spol.
Úvod
Trojrozměrný tisk(3DP) se objevil na konci 80. let 20. století, ale jeho aplikace v lékařské oblasti se datuje do 20. století [1]. Jeho použití bylo donedávna omezeno převážně na ortopedii a stomatologii. Tak jakotrojrozměrný(3D) tiskárny se staly rozšířenějšími a cenově dostupnějšími, což znamená rychlý nárůst používání 3DP(Trojrozměrný tisk) v lékařství byla registrována. V současné době je pro tisk k dispozici několik typů technologií, jako je tryskání pojiva, tryskání materiálu, technologie fotopolymerizace vany a fúze práškového lože; navíc 3D (trojrozměrný) tiskárny nyní mohou vytvářet objekty z různých materiálů, jako jsou plasty, vosk, keramika a kov [2]. V posledních letech 3DP(Trojrozměrný tisk)- technologie (3DPT)(Technologie trojrozměrného tisku)umožnilo výrobní modely produkovat faksimile orgánů pacientů, dokonce i celých částí těla, které měly být použity pro tréninkové účely a pro zlepšení chirurgického plánování. Zavedení umělých realit vytvořených pomocí softwaru (virtuální reality VR, rozšířené reality) navíc představuje další krok v 3DPT(Trojrozměrný tisktechnika)umožňuje chirurgovi provádět řízenou operaci, aniž by se vzdal koncentrace na operační pole. Cílem tohoto přehledu je prozkoumat aplikaci 3DP(Trojrozměrný tisk)při operaci ledvin; zejména se zaměřujeme na chirurgické plánování, edukaci pacientů, školení a rozšířenou realitu (AR). 3DP(Trojrozměrný tisk)a chirurgické plánování Předoperační plánování je zásadní pro zlepšení chirurgických výsledků a pro snížení možných intra- nebo pooperačních komplikací. 3D(trojrozměrný)modely (3DM) by mohly hrát důležitou roli při pomoci chirurgům správně porozumět pacientově specifické anatomii a řídit jejich intraoperační rozhodnutí. 3D anatomické repliky vytištěné přímo z DICOM snímků pacientů (CT sken nebo MRI) byly použity k podpoře informací v předoperačním plánování složitých chirurgických výkonů a snaha o snížení perioperačních komplikací[3]. Operační plánování s 3DM(Trojrozměrné modely)má značné výhody oproti současným dvourozměrným (2D) obrázkům. Chirurgové mají realističtější přehled a lépe chápou oblast, ve které budou operaci provádět. Možné výhody plynoucí z těchto modelů jsou lepší rozhodování a následně zvýšená chirurgická jistota.
Léčba onemocnění ledvin: bylina a extrakt z cistanche
Aplikace 3DP(Trojrozměrný tisk)v Nephron Sparing Surgery (NSS) Více než polovina publikací o 3DM(Trojrozměrnýmodely) v urologii uvedli chirurgické plánování jako svůj primární výsledek. V éře nefron šetřící chirurgie (NSS) vzhledem ke složité anatomii a vaskulatuře, potenciální prodloužené renální ischémii a často nejasné invazi do hloubky nádoru není překvapivé, že většina studií zaměřila svou pozornost na rakovinu ledvin [ 3].
I když jsou ablační techniky a aktivní sledování možnou volbou u vybraných pacientů, chirurgická léčba ledvinových mas stále představuje zlatý standard a v průběhu let se vyvinula v přístup NSS. Do roku 2011 neexistovaly žádné studie prokazující lepší výsledky parciální nefrektomie (PN) namísto radikální nefrektomie (RN)[4]. V roce 2012 Sun a kolegové poprvé prokázali, že v multivariabilní analýze byla u pacientů, kteří podstoupili PN, významně nižší pravděpodobnost úmrtí na mortalitu z jiných příčin (OCM) ve srovnání s kohortou RN (p =0,04). , s tím, že PN by měla být nabízena „kdykoli je to technicky proveditelné“[5]. Nicméně proveditelné neznamená vždy snadné: vyšší hmotnosti RENALscore jsou náchylnější k vyšším Clavien-Dindo pooperačním komplikacím (p=0.043) a významnému poklesu pooperačních renálních funkcí (p{{11} }.004), kvůli chirurgické složitosti [6]. Před zvážením chirurgických výsledků může být předoperační plánování silně ovlivněno 3DM(Trojrozměrné modely), zejména v případě komplexních ledvinových hmot.
Urologie přešla od otevřené k minimálně invazivní chirurgii (MIS) a od radikální orgánové exstirpace k NSS. V důsledku toho se chirurgové musí spoléhat na modely, které jim mohou lépe porozumět nemocem pacientů, což pomáhá zlepšovat operační plánování. Silberstein a kol. v roce 2014 provedli 5 PN (4 robotické a 1 otevřenou) s kompletní excizí ledvinových mas po vytvoření 5 přizpůsobených, pro pacienta specifických, 3D modelů ledvin [7]. Hlavní charakteristikou těchto modelů byly zesílené renální léze podezřelé z malignity. V této studii byly všechny intervence úspěšně provedeny s průměrnou dobou ischemie 21 minut, všechny chirurgické okraje byly negativní a komplikace byly minimální. Předběžná zpráva od Zhang et al. ukázali, že u pacientů s T1 renálními masami způsobilými pro NSS, 3DM(Trojrozměrné modely)měli vyšší skóre v chirurgickém plánování [8]. Dále oba zúčastnění chirurgové uvedli, že intraoperační konzultace s 3DM byla užitečná pro vztah nádoru k okolním tkáním, hloubku resekce a zamezení poranění klíčových struktur, jako je renální hilum. Nicméně, žádné konkrétní otázky týkající se toho, jak 3DMs(Trojrozměrné modely)byla provedena rozhodnutí o ovlivnění chirurgického plánování.
Po 1 roce Wake et al. vybrali 10 renálních novotvarů se skóre vyšším než 5 (rozsah 6-10) ve skóre RENALnefrometrie a předložili 2D snímky před 3DM(Trojrozměrné modely)třem zkušeným urologickým onkologům [9]. Po předložení modelů bylo 30-50 procento chirurgů náchylných ke změně chirurgického přístupu, s největším dopadem na transperitoneální nebo retroperitoneální přístup a svorkování.
Porpiglia et al. vyhodnotili užitečnost 3D(trojrozměrný)tištěné modely ledvin a vnímání chirurga. Na základě jejich údajů 3DM(Trojrozměrné modely)Zdálo se, že ovlivňovaly chirurgy ve výběru nejvhodnějšího typu ischémie (off-clamp vs globální ischémie vs parciální ischémie) a typu resekce k provedení (enukleace nebo enukleátní sekce) bez rozdílu na základě zkušeností chirurgů [10].
Léčba onemocnění ledvin: bylina a extrakt z cistanche
Dobré plánování však nemusí vždy znamenat dobré chirurgické výsledky. Mnoho studií zaměřilo svou pozornost také na výsledky po 3DM(Trojrozměrné modely)vizualizace a do jaké míry mohou ovlivnit operace. Ve studii proveditelnosti Rundstedta et al. byl vyvinut pacientsky specifický předchirurgický protokol pro robotem asistovanou PN (RAPN) [1]. V jejich studii podstoupilo RAPN 10 pacientů se solidními ledvinovými masami po předoperačním přezkoušení pomocí 3D(trojrozměrný)-vytištěné modely ledvin vyrobené z materiálu na bázi křemíku. Skóre RENALnefrometrie bylo mezi 7 a 11 (průměr 8,9). Autoři porovnávali resekční časy modelu a tumoru. Jejich výsledky neukázaly žádný statisticky významný rozdíl mezi 3DM(Trojrozměrné modely)a vyříznutý nádor v průměrné době resekce (6:58 vs. 8:22 min,p=0.162）a vyříznutých objemech（38,50 vs.41,79mm³,p=00,976. Pouze 1/10 pacientů měli pozitivní chirurgické okraje. Autoři došli k závěru, že předoperační zkouška by mohla významně zlepšit strategii resekce, ale tato studie postrádá kontrolní skupinu. Další studie proveditelnosti zkoumající, jak 3D(trojrozměrný)tištěné modely ledvin mohou ovlivnit chirurgické postupy provedli Maddox et al.[12]. S cílem umožnit předoperační a robotickou chirurgickou simulaci vytvořili autoři pro pacienta specifické fyzické 3DM(Trojrozměrné modely)vyrobeno z materiálů, které by mohly docela dobře přiblížit vlastnosti ledvinové tkáně. Úspěšně bylo vytvořeno sedm modelů a na každé replice byly provedeny PN a herniorrhaphy. Po simulaci všichni pacienti podstoupili RAPN s negativními chirurgickými okraji, přičemž průměrná doba teplé ischemie byla 25 minut. Průměrné skóre renální nefropatie bylo 7,4. Porovnáním sedmi případů a "Tulane Urology prospektivně udržované databáze RAPN", "operace s 3DM"(Trojrozměrné modely)měl větší nádory, méně komplikací, delší dobu tepelné ischemie, méně pozitivních okrajů a kratší hospitalizaci, ale jediným statisticky významným zjištěním byla snížená odhadovaná krevní ztráta (EBL) (185,7 vs. 235,6 ml, p=0,01 ), což naznačuje, že předoperační 3DM(Trojrozměrné modely)nácvik může snížit křivku učení u školitelů a zlepšit chirurgické výsledky. Jinak autoři připustili, že je potřeba další hodnocení.
Kyung a kol. porovnávali 17 pacientů, kteří podstoupili PN s pomocí předchozí konzultace 3D(trojrozměrný)modely ledvin specifické pro pacienta s kontrolní skupinou složenou z pacientů, kteří podstoupili PN od stejného chirurga a přibližně ve stejném časovém období (2014-2015)[13]. Podobně jako u Maddoxe autoři zjistili, že jediným statisticky významným rozdílem byla snížená intraoperační ztráta krve (IBL) (182 ccm vs. 310 cc, p<0.01). no="" complications="" occurred="" in="" the="" 3d="" printed="" group.="" moreover,="" patients="" reported="" an="" overall="" improved="" understanding="" of="" the="" disease,="" surgical="" procedure,="" and="" trust="" in="" the="" surgical="" team="" after="" consultation="" of="" the="">(Trojrozměrné modely).
Navzdory relativně malé kohortě, častému nedostatku kontrolní skupiny a nízké statistické síle přispěly tyto studie k podpoře účinnosti 3DM.(Trojrozměrné modely)simulace před komplexní operací ledvin.
Léčba onemocnění ledvin: bylina a extrakt z cistanche
Nedávno Fan et al. retrospektivně analyzovali data 69 pacientů, kteří podstoupili 3D(trojrozměrný)laparoskopickou PN (LPN) a 58, kteří podstoupili tradiční LPN mezi lednem 2016 a únorem 2018[14]. Uvedli významné snížení doby teplé ischemie (WIT) ve 3D(trojrozměrný) skupina (24,1 ± 5,1 pro 3D kohortu a 26,6 ± 4,2 min pro tradiční LPN, p<0.05), against="" a="" longer="" surgery="" waiting="" time(13.6±3.4="" days="" and="" 7.0="" ±0.6="" days,=""><0.05). subgroup="" analysis="" according="" to="" r.e.n.a.l.scores="" confirmed="" that,="" in="" patients="" with="" scores≥8,="" the="">(trojrozměrný)skupina měla významně kratší WIT a méně IBL (131,9 ± 78,5 vs 179,2 ± 76,1, p<0.05)than the="" traditional="" lpn="">
Nakonec japonská skupina uvedla své předběžné zkušenosti s tím, co nazývali „4D chirurgickou navigací“ u minimálně invazivní mimosvorkové PN [15]. Skládá se z 3D v plné velikosti(trojrozměrný)vytištěná ledvina navržená tak, aby bylo možné odstranit nádor a jeho okraj (2-5 mm kolem nádoru). Tato funkce umožnila chirurgovi vizualizovat během chirurgického plánování obě ledviny před i po resekci (čtvrtým uvažovaným rozměrem byl čas). Modely pomohly chirurgům vytvořit pracovní mentální mapu pro resekci. Bylo vybráno deset pacientů s komplexními ledvinovými hmotami (RENALscore větší nebo rovno 8) a podstoupilo minimálně invazivní off-clamp PN s přijatelnými perioperačními výsledky a chirurgickými okraji, které byly téměř identické s 3D(trojrozměrný)tištěné nádory. Statisticky významný rozdíl byl nalezen v době peroperačního ultrazvuku s 3D(trojrozměrný)model ve srovnání se standardními operacemi (průměr 3,3 min oproti 6,3 min, v tomto pořadí, p=0.021. Navíc chirurgové tvrdili užitečnost 3DM(Trojrozměrné modely)hmatovou zpětnou vazbu. Naproti tomu bylo potřeba 4 až 9 hodin na tisk a 3 až 9 dní na dokončení modelu. Náklady na modely se pohybovaly od 450 do 680 dolarů.
Léčba onemocnění ledvin: bylina a extrakt z cistanche
Aplikace 3DP(Trojrozměrný tisk)v perkutánní nefrolitotomii (PCNL)
Nefrolitiáza je běžné onemocnění a nejnovější údaje ukazují prevalenci až 15 procent a celkový nárůst incidence [16]. Z endourologických technik představuje perkutánní nefrolitotomie (PCNL) zlatý standardledvinovékamenyvětší než 20 mm kvůli výhodám v operační době a míře morbidity [17]. Renální přístup ne vždy urologové provádějí kvůli ne tak snadné křivce učení. Ve skutečnosti se mnoho studií zaměřilo na zobrazovací modality používané pro vedení během perkutánního přístupu jak pro urology, tak pro radiology. Optimální výběr kalichu pro punkční a nefrostomický trakt je každopádně jedním z nejdůležitějších kroků chirurgického plánování PCNL. Obtíže zahrnují provedení trajektorie, která vede přímo k cílovému kameni bez ovlivnění sousedních struktur. Neúmyslná poranění orgánů a také mnohočetné trakty před dosažením správného přístupu ke kalichu mohou vést k prodloužení doby operace, vyššímu výskytu komplikací a následně k delší pooperační délce pobytu (LOS)[18]. V posledních letech došlo k rychlému rozvoji 3D specifického pro pacienta(trojrozměrný)segmentace a rekonstrukce v urologii vedly ke kombinaci 3DM specifických pro pacienta(Trojrozměrné modely)s předoperačním plánováním navádění jehly během PCNL procedur. V roce 2015 Gadzhiev et al. navrhli plastelínovou 3D repliku pánevního systému na 32 pacientech se staghornovými kameny převezenými na operační sál a použitou jako referenční model [19]. Perkutánníledvinovépřístup byl úspěšně proveden ve všech případech; více než polovina (56 procent) měla jednu skladbu s celkovou mírou bez kamenů (SFR) po druhém pohledu 87,3 procenta.
V roce 2019 Xu et al. otiskli 36 3DM specifických pro pacienta(Trojrozměrné modely)(3 pro každého pacienta) a simulovala 3 místa vpichu z kalichu horního, středního a dolního pólu [20]. Místo vpichu, které dosáhlo lepší SFR v modelu, bylo poté použito jako referenční během operace a byla nalezena dobrá korespondence mezi pooperačním objemem kamenů u modelu a pacienta (p<0.001,95% cd).in="" late="" 2019,="" an="" italian="" group="" presented="" a="" clinical="" case="" of="" a="" 30-year-old="" man="" with="" a="" left="" renal="" stone="" (25×15="" mm)[21].="" a="">(trojrozměrný)byl proveden digitální a fyzikální model ledvin, který měl chirurgovi během zákroku pomoci při plánování a vedení perkutánního přístupu během PCNL. Pacient bezpečně podstoupil PCNL s 1 jednorázovou perkutánní punkcí (doba punkce 2 min). Celková doba operace byla 90 minut. Pooperační CT vyšetření potvrdilo SFR pacienta. Brehmer et al. zhodnotili, jak mohou 3D-CT rekonstrukce ovlivnit výběr přístupové cesty a výsledky léčby u 35 pacientů s plánovanou PCNL (88 procent s komplexním ledvinovým kamenem)[22]. Přístupové trasy byly naplánovány ve 3D(trojrozměrný)-CT rekonstrukce s využitím anatomických orientačních bodů (žebra, trnový výběžek atd.). Výsledkem byla změna plánu přístupu u 15/28 pacientů, zatímco u 7 pacientů nebylo možné naplánovat přístup bez 3D-CT, celkem 22/35 (63 procent). Šedesát devět procent těchto pacientů (24/35) bylo bez kamenů po jediné PCNL.
Podobně Li a kol. provedla segmentaci obrazu a 3D(trojrozměrný)rekonstrukci z CT vyšetření 15 pacientů s komplexním ledvinovým kamenem, včetně jednoho pacienta s podkovovitou ledvinou, 8 pacientů s parciálními/kompletními staghornovými kameny a 6 pacientů s mnohočetnými ledvinovými kameny [23]. Pro každého pacienta byly vytvořeny virtuální bezpečné a spolehlivé perkutánní renální přístupové cesty komplexním plánováním na základě3DM(Trojrozměrné modely) ledvinových kamenů. Na modelech byl naplánován nejbezpečnější a nejúčinnější perkutánní trakt pro odstranění kamenů a poté nahrán na obrazovku během výkonu na operačním sále. Chirurg mohl vizualizovat rekonstruované 3DM(Trojrozměrné modely)nastavení průhlednosti ledvin a cítil se jistější a pohodlnější s přístupem podporovaným virtuální punkcí. Během litotrypsie se 3D(trojrozměrný)modely nabízely panoramatický pohled na kámen a sběrný systém navádějící intraoperační nefroskopii. PCNL byla úspěšně dokončena u všech 15 pacientů, SFR po jednom sezení byla 93,3 procenta a konečná SFR byla 100 procent.
Jsou vyžadovány budoucí studie s většími kohortami, ale Manningova hypotéza „procvičte si, než začnete hrát“ by se mohla stát standardem péče o složité operace [24].
Léčba onemocnění ledvin: bylina a extrakt z cistanche
