Хирургический подход в лечении эхинококкоза печени является одним из основных методов лечения [1—3]. Остаются спорными вопросы выбора объема и характера оперативного пособия при эхинококкозе печени. В структуре послеоперационных осложнений хирургии паразитарных кист печени доля образований желчных свищей и нагноений составляет 31,6—87,7%, остаточной полости — 5,6—20,5%, прорыва в брюшную полость эхинококковой кисты — 0—11,5%, развития механической желтухи — до 0,8% [4—6]. В связи с этим крайне актуальным является снижение количества осложнений в послеоперационном периоде в гепатобилиарной хирургии.
В большинстве клиник стандартным методом визуализации паразитарной кисты являются УЗИ, МРТ и КТ [7, 8]. К сожалению, данные методики не всегда обеспечивают всестороннюю диагностику, учитывающую состояние кисты и ее взаимоотношение с сосудистыми и желчными протоками, нередко находящимися в компрессии с образованием [9, 10]. Это, в свою очередь, приводит к появлению внештатных интраоперационных ситуаций и к возникновению послеоперационных осложнений (кровотечение, желчеистечение и др.).
В настоящее время отмечается бурное развитие и внедрение цифровых технологий во всех сферах медицины. Одним из инновационных направлений в медицине являются виртуальные 3D-симуляторы и 3D-модели органов [11—16]. Так, в отохирургии применение 3D-моделей височной кости, анатомически идентичных человеческим, является перспективным направлением в обучении хирургии уха [17]. Вместе с тем в гепатобилиарной хирургии виртуальные и печатные 3D-модели печени с имеющимися патологическими изменениями еще не вошли в рутинную практику.
Цель исследования — оценка возможности применения 3D-технологий в гепатобилиарной хирургии, которые позволят снизить количество осложнений.
Материал и методы
На клинической базе кафедры детской хирургии с курсом ДПО СтГМУ в ГБУЗ СК КДКБ с 2013 по 2018 г. выполнено 25 лапароскопических вмешательств по поводу эхинококкоза печени. Всем пациентам выполнили многопортовую лапароскопическую эхинококкэктомию с использованием 3—4 троакаров (в зависимости от места расположения и объема эхинококковой кисты) [18]. Средний возраст пациентов составил 10,1±2,05 года. Мальчиков было 17 (68%), девочек — 8 (32%). В исследование вошли дети с одиночной эхинококковой кистой печени объемом 285,3±96,7 мл. Градация паразитарных кист в зависимости от жизненного цикла эхинококка была следующей: CL — 14 (56%), CE2 — 6 (24%), CE2 — 5 (20%). Время выполнения оперативного пособия 62,2±5,4 мин. В послеоперационном периоде отмечено развитие желчного свища у 1 (4%) пациента, который закрылся через 1,5 мес консервативного лечения с помощью наружного дренирования. Кроме того, у 1 (4%) ребенка через 6 мес после операции сохранялась остаточная полость, которая потребовала лапароскопического устранения.
В последнее время для улучшения результатов лапароскопического лечения в хирургии печени мы начали применять 3D-технологии. После комплексного лабораторно-инструментального обследования выполняли 3D-моделирование паразитарного поражения печени в 2 этапа: 1-й этап — создание компьютерной 3D-реконструкции; 2-й этап — печать 3D-модели органа с паразитарной кистой.
На 1-м этапе 3D-моделирования после проведения КТ данные в формате DICOM обрабатывали в программах DoctorCT с модулем DICOM 3.0 (Ставрополь, Россия), КиберСклиф 1.0 (Ставрополь, Россия) и Builder3D в комплекте с Windows 10 (Microcoft, США). Следует отметить, что КТ-срезы получены методом многопланового сканирования высокого разрешения среза толщиной 0,5 мм и последующим проведением сегментации изображения [10].
На 2-м этапе выполняли печать 3D-модели органа с паразитарной кистой на двух 3D-принтерах: Zortrax M200 (Польша) с объемом рабочей камеры 200×200×185 мм и временем печати непрозрачной модели 6 ч; FORMLABS FORM 2 (США) с областью печати 145×145×175 мм и временем печати прозрачной модели 34 ч.
В процессе создания непрозрачной 3D-модели печени с паразитарной кистой и топическим ее расположением к желчным путям на 3D-принтере Zortrax M200 использовали пластик FLEX REC 2,85 мм красного, белого и зеленого цвета. Для обработки конечной модели применяли полимолочную кислоту и акрилонитрил бутадиенстирол (ABS). Как только процедура печати была закончена, проводили снятие конструкции с опорных структур с очищением краев и доработкой для получения оптимальной модели.
Для оценки качества 3D-модели мы разработали следующие критерии, простые и понятные для инженеров, не имевших медицинского образования: 1) максимальная реалистичность модели; 2) соблюдение полного анатомического взаимоотношения органа и патологического процесса согласно данным, полученным при 3D-реконструкции; 3) исключение доработки человеком напечатанной модели. В связи с изложенным мы начали использовать 3D-принтер FORMLABS FORM 2 для создания 3D-модели с прозрачным матриксом. Данный принтер обладает технологией печати — стереолитографией. При этом применяли полимер (фотополимерная смола), который быстро затвердевал под воздействием световых лучей. После затвердевания модель получалась достаточно прочной и влагостойкой.
Результаты и обсуждение
Предлагаемый подход в 3D-моделировании паразитарного поражения печени позволил не только воссоздать анатомические взаимоотношения, но и контрастировать мелкие структуры с точностью до 0,25 мм.
3D-модель печени, изготовленная из непрозрачного полимера, показывала большей частью внешние изменения печени, чем внутренние ее метаморфозы. К сожалению, она не позволяла продемонстрировать топику паразитарной кисты (рис. 1). Для решения данной проблемы пришлось разделить печень в аксиальной плоскости. В результате мы смогли визуализировать кисту и отдельные желчные пути (рис. 2). Печать этой модели потребовала отдельного воссоздания соотношения анатомических структур с паразитарной кистой путем выделения и прорисовки 3D Printing Pen. С учетом технических сложностей создания непрозрачной 3D-модели, включая нечеткую визуализацию желчных путей, данную модель в гепатобилиарной хирургии можно использовать весьма условно.
Рис. 1. Фотография 3D-модели печени в масштабе 1:4 из непрозрачного пластика с визуализирующимся желчным пузырем.
Рис. 2. Фотографии 3D-модели печени в аксиальном срезе.
Пространственное взаимоотношение паразитарной кисты правой доли печени с окружающими тканями и желчными путями.
Второй способ изготовления 3D-модели печени более нагляден и прост в техническом исполнении, поскольку не требует выдержки на высыхание модели, а также использования токсичных и едких веществ. Однако на изготовление подобной модели требовалось до 34 ч печати. Чрезвычайно важным является тот факт, что 3D-модель печени с паразитарной кистой позволила получить не двухмерное изображение, а практическую визуализацию взаимоотношения анатомических структур, а также оценить и смоделировать планируемое хирургическое вмешательство (рис. 3). Предлагаемая 3D-модель не требует разделения во фронтальной/сагиттальной/горизонтальной проекциях для визуализации паразитарной кисты и желчных путей. Матрикс модели прозрачен. В результате мы можем полностью визуализировать паразитарную кисту и подходящие к ней желчные пути. Таким образом, мы смогли разработать реальную модель пораженного органа в предоперационном периоде, отвечающую всем требованиям хирургов, занимающихся паразитарной хирургией.
Рис. 3. Фотография 3D-модели печени в масштабе 1:2, изготовленная из прозрачного матрикса фотополимерной смолой. Вид сзади.
Определяется эхинококковая киста VII—VIII сегментов печени.
В качестве иллюстрации приводим клинический пример. Пациент В., 8 лет, поступил с диагнозом: эхинококковая киста CE1, локализованная в VII—VIII сегментах печени. При поступлении ребенку выполнено комплексное клинико-инструментальное обследование. По данным УЗИ и КТ печени установлено наличие эхинококковой кисты VII—VIII сегментов печени диаметром 69,6 мм и объемом 350 см3.
После создания 3D-модели в предоперационном периоде мы смогли максимально скорректировать точки постановки троакаров (рис. 4). Первый порт 5 мм установили в верхней правой точке Калька (для видеокамеры). Второй манипуляционный порт 5 мм расположили у края реберной дуги по правой подмышечной линии. Третий порт 12 мм Эндопас Эксел («Джонсон и Джонсон», США) установили в эпигастрии по срединной линии. После проведенной ревизии место наибольших фиброзных изменений печени над эхинококковой кистой обложили аппендикулярными салфетками, пропитанными глицерином. Далее выполнили пункцию кисты с эвакуацией содержимого. В кисту ввели глицерин с экспозицией 5—8 мин и последующей эвакуацией. При помощи УЗ-скальпеля Гармоник и электрохирургического коагулятор-диссектора Энсил («Джонсон и Джонсон», США) произвели вскрытие кисты и удалили фиброзно-измененную ткань печени с «истонченной» паренхимой. Через 12-миллиметровый троакар ввели эндомешок, погрузили в него и эвакуировали хитиновую оболочку, а также удалили резецированные стенки кисты и аппендикулярные салфетки с глицерином. Затем произвели ревизию остаточной полости, во время которой под фибрином визуализировали желчный проток, который открылся сразу же после удаления фибриновой пленки. Выполнили обработку последнего плазменным потоком с помощью Arco 3000 («Зоринг», Германия) до прекращения желчеистечения. Дальнейшая ревизия подтвердила отсутствие других патологических изменений со стороны остаточной полости. Выполнена оментопластика выкроенной прядью из правых отделов большого сальника. Для контроля эффективности проведенной манипуляции поставили дренаж в остаточную полость. Контроль на гемостаз. Швы на кожу. Послеоперационный период протекал удовлетворительно. Ребенок выписан с выздоровлением под амбулаторное наблюдение и проведение противопаразитарной терапии немазолом (Ipca Laboratories, Индия). Пациенту через 1 год проведено комплексное клинико-инструментальное обследование, отмечено отсутствие остаточной полости в печени. Признаков рецидива эхинококкоза нет.
Рис. 4. Фотографии 3D-модели печени из прозрачного матрикса фотополимерной смолой с четкой визуализацией кистозного образования и желчных путей.
а — вид сверху, б — вид снизу.
Хирургическое вмешательство выполнено без технических сложностей и осложнений. Данным клиническим случаем мы хотели продемонстрировать возможность реализации нового высококачественного инструмента в виде 3D-модели печени с эхинококковой кистой для планирования хирургического вмешательства. Виртуальная реконструкция 3D и прототипы были полезны не только для выбора оптимального расположения лапароскопических портов, но и для предоперационной визуализации желчного протока, который после удаления кисты мог трансформироваться в желчный свищ. 3D-реконструкция пораженной эхинококком печени позволила взглянуть на патологический процесс со всех сторон. Следует отметить, что использование 3D-модели позволило понять реальное расположение патологического процесса и спрогнозировать возможность развития интраоперационных осложнений. 3D-моделирование позволяет хирургу ощутить руками структуры патологического процесса до операции, что приводит к сокращению времени оперативного вмешательства.
Таким образом, применение 3D-технологий в гепатобилиарной хирургии позволяет при помощи виртуальной трехмерной реконструкции с использованием специализированного программного обеспечения вначале четко визуализировать анатомические образования (сосуды с желчными протоками и паразитарную кисту), а затем изготовить персонифицированную 3D-модель печени с возможностью отработки наиболее адекватного лапароскопического доступа и оперативного приема, снижающих риск развития интра- и послеоперационных осложнений.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — С.М.
Сбор и обработка материала — И.Г., А.Г., С.Т., С.Т.
Написание текста — С.М., И.Г., А.Г., Ф.Д.
Редактирование — С.М., И.Г., С.Т.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
The authors declare no conflicts of interest.