Периоперационное применение технологии дополненной реальности в хирургическом лечении больного местнораспространенным локорегионарным рецидивом рака прямой кишки

По данным современной литературы, рак прямой кишки занимает ведущую позицию среди всех злокачественных новообразований толстой кишки и является одной из основных причин онкологической летальности. Особое место в структуре этой патологии занимают локорегионарные рецидивы, частота возникновения которых после радикального лечения варьирует от 2,6% до 32%, а 5-летняя выживаемость пациентов без проведения оптимальной циторедуктивной операции (CC0) составляет менее 5% [1, 2]. Большая часть рецидивов опухолей органов тазовой локализации носит местнораспространенный характер и ассоциируется у многих хирургов с негативным прогнозом хирургического лечения, в связи с чем на момент установления диагноза значительное число пациентов признаются неоперабельными [3]. Однако, по данным морфологических исследований, радикальные оперативные вмешательства позволяют достичь негативного (R0) края резекции у 55% больных, что создает необходимые условия для увеличения 5-летней выживаемости до 60% [2].

Одним из факторов, ограничивающих эффективное применение хирургического метода лечения больных с местнораспространенным рецидивом опухоли тазовой локализации, является отсутствие не только унифицированной классификации, но и четких клинических рекомендаций по выбору объема оперативного вмешательства. С целью повышения безопасности и эффективности принципиальное значение приобретает детальное предоперационное планирование объема оперативного вмешательства и последовательности выполнения отдельных его этапов. Указанные обстоятельства диктуют необходимость высокоточной топической диагностики локорегионарного рецидива и тщательной оценки его топографо-анатомических отношений с окружающими органами и тканями. Очевидно, что даже такой подход не исключает необходимости интраоперационной корректировки плана вмешательства в зависимости от результатов оперативной ревизии зоны вмешательства [4]. При этом основными задачами хирурга при выполнении комбинированной резекции наряду с достижением ее R0-статуса становятся обеспечение достаточного уровня безопасности вмешательства и профилактика непреднамеренного повреждения жизненно важных анатомических структур.

В связи с этим вопрос внедрения в клиническую практику современных методов периоперационной визуализации с целью выбора эффективной хирургической тактики остается открытым и подлежит всестороннему обсуждению.

Технологии дополненной реальности (augmented reality — AR) и смешанной реальности (mixed reality — MR) являются наиболее перспективными методами, которые применяются в различных отраслях клинической медицины [5—8]. В настоящее время происходит постепенный переход от использования этих технологий в качестве средства обучения и предоперационной диагностики к применению их в целях визуализации топографических взаимоотношений опухоли с прилежащими анатомическими образованиями и интраоперационной навигации [9—15].

Следует отметить, что технологии AR и MR претерпели значительное развитие от визуализации оптического изображения с помощью традиционных мониторов до широкого применения носимых устройств в виде очков виртуальной реальности [6, 16, 17]. В связи с этим у хирурга появилась возможность видеть одновременно операционное поле и оптическое изображение, точно совмещенное с анатомическими структурами, расположенными в зоне оперативного вмешательства.

Сегодня широко представлены публикации, преимущественно зарубежные, посвященные применению технологии цифрового предоперационного моделирования в кардиохирургии, урологии, нейрохирургии и челюстно-лицевой хирургии [8, 12, 18, 19]. Сообщения об использовании подобных технологий при планировании оперативных вмешательств в колопроктологии единичны [20—27].

В то же время анализ немногочисленных опубликованных исследований показывает, что сохраняются очевидные противоречия в определении роли и места AR/MR-технологии в различных отраслях хирургии, а также остается нерешенной проблема адекватного сопоставления виртуальной модели и интраоперационной картины [14, 15, 18, 19, 28].

Таким образом, перспективные возможности, которые открываются в связи с применением в хирургической практике методики AR и MR, обусловливают очевидную целесообразность ее дальнейшего совершенствования, а также изучения возможности ее применения в наиболее сложных отраслях висцеральной хирургии, в частности в хирургии местнораспространенных (в том числе рецидивных) опухолей органов малого таза.

Цель исследования — изучить возможности интраоперационного применения топографо-анатомической виртуальной модели дополненной реальности в лечении пациента с местнораспространенным локорегионарным рецидивом опухоли малого таза.

Основными задачами исследования были применение AR-технологии с использованием сопоставляемой топографо-анатомической виртуальной модели в периоперационном периоде у больного с местнораспространенным локорегионарным рецидивом рака прямой кишки, определение ключевых проблем и способов их решения, а также оценка практической значимости данной технологии.

В настоящем исследовании применены хирургический и описательный методы.

Клиническая часть исследования представлена демонстрацией случая хирургического лечения пациента Т. 61 года с локорегионарным местнораспространенным рецидивом рака прямой кишки.

В медико-техническую часть вошли аппаратно-программный комплекс дополненной реальности, включающий персональный компьютер, очки виртуальной реальности Microsoft Hololens 2 (Microsoft Corporation, США, КНР) и специальное программное обеспечение.

В исследовании применялась методика интраоперационного визуального проецирования виртуальной топографо-анатомической модели на область хирургического вмешательства. Виртуальная модель проектировалась мультидисциплинарной командой в предоперационном периоде путем сегментирования данных спиральной компьютерной томографии (СКТ) в открытом программном обеспечении 3D Slicer.

Специальное программное обеспечение непрерывно передает виртуальное изображение топографо-анатомической модели на очки виртуальной реальности Microsoft Hololens 2 и обеспечивает сопоставление ее с интраоперационной картиной по оптической метке (маркеру) [16]. Оригинальной функцией программного обеспечения является интерфейс для хирурга с возможностью выбора и отключения изображений анатомических структур.

Больной Т., 61 год, поступил в Клинику военно-морской хирургии ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны Российской Федерации 17.12.21 с диагнозом при направлении: «Рак нижнеампулярного отдела прямой кишки pT3cN1aM0G3, IIIB стадия. Состояние после расширенной комбинированной брюшно-промежностной экстирпации прямой кишки от 14.11.18, адъювантной дистанционной лучевой терапии (ДЛТ) в период с 17.12.18 по 22.01.19 (СОД 38 Гр), 6 курсов адъювантной химиотерапии (АХТ) в период с 26.02.18 по 05.08.19 (оксалиплатин + капецитабин). Прогрессирование. Локорегионарный рецидив опухоли (ноябрь 2021 г.) с инвазией в мочевой пузырь, предстательную железу, семенные пузырьки, крестец (S5) и копчик. Хроническая задержка мочи. Двусторонний гидронефроз II степени».

Пациент находился под динамическим наблюдением онколога поликлиники по месту жительства. В августе 2021 г. появилась и стала нарастать боль в области промежности, в сентябре 2021 г. отметил появление частого неконтролируемого мочеиспускания малыми порциями и ощущение переполненного мочевого пузыря.

Больной (рост 180 см, масса тела 80 кг, индекс массы тела 23,82 кг/м²) поступил в клинику в удовлетворительном состоянии (ECOG 1), предъявлял жалобы на постоянную боль в области промежности, частое неконтролируемое мочеиспускание малыми порциями и ощущение переполненного мочевого пузыря.

В результате обследования в стационаре установлено прогрессирование опухолевого роста (исследование содержания онкомаркеров от 23.11.21: РЕА 136,95 нг/мл, СА19-9 387,5 Ед/мл), локорегионарный рецидив в полости малого таза, осложненный хронической задержкой мочи и двусторонним гидронефрозом II степени.

При магнитно-резонансной томографии малого таза (24.11.21) на фоне послеоперационных изменений выявлены признаки объемного образования размерами 90×62×95 мм, расположенного в central (C), posterior (P) и peritoneal reflection anterior below (PR AB) компартментах [29] с инвазией в предстательную железу, семенные пузырьки, мочевой пузырь, дистальные отделы мочеточников, пресакральную фасцию, крестец (S5) и копчик с деструкцией его позвонков (рис. 1).

Рис. 1. Магнитно-резонансная томография малого таза с внутривенным усилением.

Локорегионарный рецидив опухоли (90×62×95 мм) с инфильтрацией предстательной железы, семенных пузырьков, пресакральной фасции, дистальных отделов крестца и копчика, мочевого пузыря и дистальных отделов обоих мочеточников (зона инвазии выделена красным пунктиром).

При ультразвуковом исследовании (23.11.21) визуализирован переполненный мочевой пузырь, в заднюю стенку которого врастает опухолевидное образование размерами 90×70 мм. Выявлено нарастание ультразвуковых признаков расширения чашечно-лоханочной системы обеих почек, более выраженного слева, в связи с чем была сформирована левосторонняя пункционная нефростома.

Аналогичные данные получены в результате СКТ (15.12.21) — выявлен локорегионарный рецидив опухоли размерами 90×71×88 мм с признаками распространения на нижние отделы обоих мочеточников, заднюю стенку мочевого пузыря, на дистальные отделы крестца и копчик, а также признаки инвазии висцеральных ветвей внутренних подвздошных артерий и притоков внутренних подвздошных вен. Данных о наличии отдаленных метастазов не было. Диагностирована двусторонняя уретеропиелокаликоэктазия.

Таким образом, в соответствии с рабочей классификацией рецидивных местнораспространенных опухолей органов малого таза, разработанной в Клинике военно-морской хирургии ФГБВОУ ВО «Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова» Министерства обороны Российской Федерации, рецидив рака прямой кишки классифицирован как задненижний с распространением на передненижний и нижний отсеки (ЗН+ПН+Н). Наличие рецидива опухоли прямой кишки, характер его местного распространения, отсутствие отдаленных метастазов, высокий риск прогрессирования опухолевого процесса и развития тяжелых, жизнеугрожающих осложнений послужили основанием к принятию решения о выполнении инфралеваторной эвисцерации малого таза с дистальной резекцией копчика и крестца на уровне S4—S5. Выполнение промежностного этапа оперативного вмешательства планировалось в положении типа «перочинный нож».

В целях повышения онкологической эффективности оперативного вмешательства и его безопасности запланировано интраоперационное применение AR-технологии в виде сопоставляемой топографо-анатомической виртуальной модели.

Для практической реализации данного подхода требовалось решение нескольких проблемных (технических и организационных) вопросов.

Первым проблемным вопросом стала необходимость обеспечения интраоперационного сопоставления трехмерной виртуальной модели с анатомическими образованиями брюшной полости и малого таза. Предложенный ранее V.M. Ivanov и соавт. (2021) способ крепления маркера на рамке, фиксированной к черепу пациента, для данного клинического случая оказался непригоден [17].

Для решения этой задачи нами спроектирован титановый резьбовой штифт, который имплантировали чрескожно в правую верхнюю переднюю подвздошную ость правой подвздошной кости и использовали в качестве рентгеноконтрастной метки при выполнении СКТ, а также для фиксации маркера, обеспечивающего сопоставление топографо-анатомической модели во время операции (рис. 2, 3).

Рис. 2. Имплантация титанового резьбового штифта.

а — вид титанового штифта с шестигранной площадкой для крепления маркера; б — точка костного ориентира: верхняя передняя ость правой подвздошной кости; в — вид имплантированного штифта.

Рис. 3. Внешний вид маркеров.

а — две конфигурации маркера: А1 — «промежностная» конфигурация маркера, А2 — «абдоминальная» конфигурация маркера; б — установленный маркер «абдоминальной» конфигурации.

Вторым проблемным вопросом стала необходимость изменения положения маркера при смене позиции пациента на операционном столе в положение «перочинный нож». Решением этой проблемы стало изготовление двух различных конфигураций маркера. Для положения на спине был разработан «абдоминальный», а для промежностного этапа — «промежностный» вариант маркера (см. рис. 3).

Предоперационное планирование оперативного вмешательства и построение топографо-анатомической модели осуществляли в процессе видеоконференции мультидисциплинарной командой, в состав которой входили хирург, онколог, специалист лучевой диагностики, уролог и IT-специалист. Модель проектировали на основании данных СКТ живота и малого таза (от 15.12.21) в открытом программном обеспечении 3D Slicer (рис. 4). Общее время, затраченное на построение виртуальной модели, составило около 170 мин.

Рис. 4. Спиральная компьютерная томография малого таза с внутривенным усилением и виртуальная топографо-анатомическая модель малого таза.

Рецидивный опухолевый узел (красный) с признаками распространения на стенку мочевого пузыря (желтый) и дистальные отделы крестца и копчиковые позвонки (выделен пунктиром).

Ключевыми задачами предоперационного виртуального планирования комбинированной резекции были детальная оценка особенностей местного распространения опухоли, определение точек ее фиксации к органам и анатомическим образованиям малого таза, уточнение уровня лигирования магистральных сосудов, характера и объема органных резекций, а также определение последовательности выполнения отдельных этапов вмешательства и конкретных оперативных маневров в целях обеспечения безопасности и онкологического радикализма оперативного вмешательства.

21.12.21 под эндотрахеальным наркозом выполнена срединная лапаротомия. Осуществлен энтеролиз и произведен доступ к органам малого таза. При ревизии в полости малого таза визуализирован опухолевый конгломерат, вовлекающий заднюю стенку мочевого пузыря, нижнюю треть мочеточников, дистальную часть крестца и копчик. Данных о наличии интраабдоминальных метастазов не было. Выполнен маневр Каттелля—Брааша, осуществлен широкий доступ к инфраренальному отделу аорты, нижней полой вены и структурам забрюшинного пространства. Перед началом разрушительного этапа операции с помощью очков виртуальной реальности осуществили сопоставление топографо-анатомической модели с интраоперационной картиной, в ходе которого были последовательно уточнены топографо-анатомические особенности зоны оперативного вмешательства, уровни перевязки магистральных артерий и вен, а также локализация точек фиксации рецидивной опухоли (рис. 5).

Рис. 5. Вид оператора в очках виртуальной реальности и отображение сопоставления топографо-анатомической модели с интраоперационной картиной, этап настройки изображения (в центре — проекция маркера, в правом нижнем углу — панель управления изображением).

После интраоперационного уточнения плана предстоящего этапа операции выполнены перевязка и резекция гонадных сосудов с двух сторон. Оба мочеточника мобилизованы в дистальном направлении до границ опухолевой инфильтрации и пересечены на расстоянии 20 мм от границы опухолевой инвазии, локализация которой определялась не только пальпаторно и визуально, но и с помощью технологии дополненной реальности. В ходе выполнения аортокавальной и аортоподвздошной бифуркационной лимфодиссекции мобилизованы общие подвздошные артерии с двух сторон, взяты на обтяжки. Осуществлен доступ к бифуркации общих подвздошных артерий и выполнена последовательная двусторонняя перевязка внутренних подвздошных артерий. Выполнена мобилизация мочевого пузыря по его передней и обеим боковым поверхностям до уровня диафрагмы таза. Последовательно перевязаны и пересечены пубопростатические связки с дорзальным венозным комплексом и уретра. При этапной оперативной ревизии зоны оперативного вмешательства повторно уточнены точки фиксации опухоли визуально, пальпаторно, а также с применением AR-технологии.

Предполагаемая граница пересечения костных структур также уточнена с помощью топографо-анатомической виртуальной модели и маркирована лигатурой. В правой латеральной области живота сформирована уретерокутанеостома. Осуществлены окончательный гемостаз, лаваж брюшной полости и малого таза, их дренирование и ушивание (рис. 6).

Рис. 6. Интраоперационный вид малого таза.

а — выполнен проксимальный контроль кровотечения: 1а — мочеточники, 2а — общие подвздошные артерии, 3а — лигированные внутренние подвздошные артерии; б — выполнена резекция мочеточников, мобилизован мочевой пузырь, определена граница опухолевого роста с использованием технологии дополненной реальности: 1б — мобилизованный мочевой пузырь, 2б — общие подвздошные артерии, 3б — лигированные внутренние подвздошные артерии. Граница инвазии опухоли в крестец маркирована лигатурой и обозначена пунктирной линией.

После завершения абдоминального этапа оперативного вмешательства выполнена ротация пациента на живот в положение «перочинный нож», и установлен «промежностный» маркер. Выполнено этапное уточнение границы инвазии опухоли в крестец посредством сопоставления топографо-анатомической виртуальной модели с интраоперационной картиной и скорректирован уровень пересечения крестца (рис. 7).

Рис. 7. Интраоперационная картина промежностного этапа операции, намечена граница резекции крестца (выделена пунктирной линией).

В результате последовательной мобилизации опухолевого конгломерата промежностным доступом и пересечения крестца на уровне S5 препарат удален единым блоком. Выполнена пластика промежностной раны лоскутом, сформированным из правой большой ягодичной мышцы. Промежностная рана дополнительно дренирована и ушита.

Суммарное время работы в очках виртуальной реальности составило у оперирующего хирурга около 16 мин, у первого и второго ассистента по 12 мин. Общая продолжительность оперативного вмешательства составила 230 мин, интраоперационная кровопотеря — 800 мл. В краях удаленного препарата визуально и по данным экспресс-гистологического исследования тканей периферического края резекции признаки опухолевого роста не выявлены (рис. 8).

Рис. 8. Клинический пример.

а — макропрепарат: а1 — дистальная часть крестца и копчик, а2 — предстательная железа, а3 — мочевой пузырь. Граница опухолевого роста, установленная в том числе при виртуальной поддержке, отмечена лигатурой (выделена пунктиром); б — мочевой пузырь вскрыт, пуговчатые зонды проведены через мочеточники.

Послеоперационный период протекал без осложнений. Применение программы ускоренного восстановления после операции позволило эффективно контролировать болевой синдром, который в первые сутки после операции по визуально-аналоговой шкале составлял 2—3 балла и успешно корректировался нестероидными противовоспалительными препаратами. Больной вертикализирован через 2 ч после экстубации, начато раннее энтеральное питание. Из отделения реанимации пациент переведен в палату в первые сутки после операции. Дренажи удалены на 2—3-и сутки послеоперационного периода. Раны зажили первичным натяжением, и на 12-е сутки послеоперационного периода пациент выписан в удовлетворительном состоянии на амбулаторный этап.

По данным гистологического исследования: периферическая граница хирургической резекции полученного препарата без признаков опухолевого роста — R0 резекция.

Результаты патоморфологического аудита выполненной мультивисцеральной резекции подтверждены данными контрольной СКТ брюшной полости и малого таза, а также анализом построенной топографо-анатомической модели, которые подтвердили отсутствие резидуальной опухоли в зоне операции (рис. 9).

Рис. 9. Послеоперационная спиральная компьютерная томография малого таза и виртуальная топографо-анатомическая модель.

Не выявлены признаки резидуальной опухоли в зоне оперативного вмешательства (зона выделена пунктиром) .

Предварительный анализ данного клинического наблюдения позволяет утверждать, что технология дополненной реальности имеет вполне определенные перспективы применения в хирургии местнораспространенных, в том числе рецидивных, опухолей органов малого таза. Однако ее успешное внедрение в клиническую практику, по-видимому, сопряжено с возникновением ряда проблем, некоторые из них решены в процессе подготовки и выполнения данного оперативного вмешательства. В частности, разработан и применен в клинической практике винтовой штифт, выполняющий роль ренгенконтрастной метки. Кроме того, спроектированы два вида маркеров — для положения пациента на животе и для положения типа «перочинный нож», а также разработан способ их фиксации в целях адекватного сопоставления интраоперационной картины и топографо-анатомической виртуальной модели. Одним из наиболее важных организационных решений, на наш взгляд, явилась успешна апробация методики мультидисциплинарного построения сопоставляемой топографо-анатомической виртуальной модели и виртуального планирования оперативного вмешательства у больного местнораспространенным локорегионарным рецидивом рака прямой кишки. В итоге интраоперационное применение AR-технологии продемонстрировало свою достаточную эффективность с точки зрения «виртуальной поддержки» интраоперационной навигации. Дополнительное уточнение топографо-анатомических особенностей зоны оперативного вмешательства, уровня перевязки магистральных сосудов, а также точек фиксации и границ резекции местнораспространенной рецидивной опухоли прямой кишки способствовало повышению безопасности мультивисцеральной резекции и обеспечению ее радикализма.

Таким образом, дальнейшее изучение возможностей применения технологии дополненной реальности и совершенствование ее технических аспектов позволят улучшить результаты хирургического лечения больных местнораспространенными, в том числе рецидивными, опухолями органов таза.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.