Wirtualne modele 3D jako uzupełnienie przedoperacyjnego planowania chirurgicznego

Chirurgia jest podstawową metodą leczenia raka jamy brzusznej, co skutkuje ponad 50 000 operacji rocznie w Wielkiej Brytanii, z czego 10% dotyczy raka nerki. Decyzje dotyczące planowania operacji przedoperacyjnej są podejmowane przez radiologów i chirurgów po obejrzeniu skanów CT i MRI. Wyzwaniem jest mentalna rekonstrukcja trójwymiarowej anatomii pacjenta na podstawie tych wycinków obrazu 2D, w tym lokalizacji guza i jego relacji z pobliskimi strukturami, takimi jak krytyczne naczynia. Proces ten jest czasochłonny i trudny, często prowadzi do błędów ludzkich i podejmowania nieoptymalnych decyzji. Posiadanie dobrego planu chirurgicznego jest jeszcze ważniejsze, gdy operacja ma być przeprowadzona w sposób minimalnie inwazyjny, ponieważ naprawa nieplanowanego powikłania jest trudniejsza niż podczas operacji otwartej. Dlatego lepsze narzędzia do planowania operacji są niezbędne, jeśli chce się poprawić wyniki leczenia pacjentów i zmniejszyć koszty nieszczęśliwych wypadków chirurgicznych.

Aby przezwyciężyć ograniczenia obecnego planowania operacji w onkologii tkanek miękkich, dedykowane pakiety oprogramowania i dostawcy usług zapewnili możliwość klasyfikowania skanowanych wokseli na ich komponenty anatomiczne w procesie znanym jako segmentacja obrazu (więcej informacji znajduje się w części 6.1) . Po segmentacji generowane są pliki stereolitograficzne, które można wykorzystać do wizualizacji anatomii i wydrukowania komponentów w 3D. Wcześniej wykazano, że takie drukowane modele 3D wpływają na podejmowanie decyzji chirurgicznych. Jednak znaczenie modelu fizycznego w planowaniu minimalnie inwazyjnego podejścia chirurgicznego jest dyskusyjne, a spekuluje się, że koszty finansowe i administracyjne uzyskania dokładnych modeli drukowanych w 3D do rutynowego planowania operacji powstrzymują modele drukowane w 3D przed wkroczeniem do regularnych zastosowań klinicznych stosowanie.

Jako niezbędny prekursor modeli drukowanych w 3D, wirtualne modele obliczeniowe 3D renderowane powierzchniowo mogą być wykorzystywane przez urologów do pomocy w podejmowaniu decyzji klinicznych. W literaturze takie modele są określane różnymi nazwami, takimi jak „obrazy renderowane w 3D”, „rekonstrukcje 3D” lub „wirtualne modele 3D”. W tym protokole śledczy będą używać tej drugiej nomenklatury. Wirtualne modele 3D zapewniają wiele zalet ich fizycznego odpowiednika drukowanego w 3D bez wyzwań związanych z procesem drukowania, można je łatwo przeglądać na standardowych urządzeniach cyfrowych, takich jak laptopy lub smartfony, i można je jednocześnie przeglądać i wchodzić w interakcje z dowolnego miejsca na świecie, co mogłoby pomóc we wspólnym planowaniu operacji między ośrodkami. Należy zauważyć, że wykorzystania w tym badaniu wirtualnych modeli 3D nie należy mylić z wizualizacją rzeczywistości wirtualnej, która jest środowiskiem immersyjnym i obecnie wymaga specjalistycznego sprzętu. Na poparcie tego badania wcześniejsze pionierskie badania wykazały już, że chirurdzy czerpią korzyści z obliczeniowych modeli 3D na sali operacyjnej. Jednak oprócz dostępnych obrazów medycznych 2D (TK, MRI, obrazy renderowane objętościowo) nie wykazano, aby wirtualne modele 3D, zbudowane z tych samych istniejących danych ze skanów medycznych, wpłynęłyby na proces podejmowania decyzji chirurgicznych lub zmieniły zaufanie chirurgów do ich decyzji. Co najważniejsze, trzeba jeszcze wykazać, że takie modele 3D można budować niezawodnie i na dużą skalę, aby ułatwić ich powszechne przyjęcie.