CC BY
86
ФИЗИОЛОГИЯ.ПАТОФИЗИОЛОГИЯ. ДИАГНОСТИКА ■
ВИРТУАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ В АБДОМИНАЛЬНОЙ ХИРУРГИИ: ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ХИРУРГИИ ПЕЧЕНИ, СЕЛЕЗЕНКИ И ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
Колсанов А.В., Каторкин С.Е., Зельтер П.М., Быстров С.А., Колесник И.В., Чаплыгин С.С., Андреев И.С.
ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России
Компьютерное моделирование на основе данных мультиспиральной компьютерной томографии - методика, которая позволяет совместить все 4 фазы визуализации с объемным преобразованием на одном интегральном изображении. Системы по созданию сегментаций и 3Э-моделей с возможностью интраоперационной навигации активно изучаются в настоящее время.
Цель работы - оценить опыт использования системы «Автоплан» в предоперационном планировании при подготовке к операциям на органах брюшной полости. Результаты. Были обследованы 60 пациентов, проходивших лечение в хирургических отделениях клиник Самарского государственного медицинского университета. Отмечено сокращение времени оперативного вмешательства по всем нозологиям в среднем на 11,5%, летальных исходов в послеоперационном периоде в исследуемой группе не было.
Заключение. Предоперационное моделирование позволяет более точно определить топографо-анатомические взаимоотношения в области предполагаемого вмешательства. У пациентов при планировании спленэктомии моделирование позволило выбирать тип операции. При планировании операции на поджелудочной железе эффективно оценивались особенности хода сосудов в условиях измененной топографии, деформации их образованиями для исключения интраоперационной травмы. При планировании резекций печени использование системы позволяло построить виртуальную линию резекции, количественно определить соотношение резецируемой и сохраняемой паренхимы.
Клин. и эксперимент. хир. Журн. им. акад. Б.В. Петровского. 2017. № 1. С. 31-36.
Статья поступила в редакцию: 01.11.2017. Принята в печать: 09.02.2017.
ДЛЯ КОРРЕСПОНДЕНЦИИ
Зельтер Павел Михайлович -кандидат медицинских наук, ассистент кафедры лучевой диагностики и лучевой терапии с курсом медицинской информатики ФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России E-mail: [email protected] ORCID 0000-0003-1346-5942
Ключевые слова:
предоперационное 30-моделирование, система «Автоплан», компьютерная томография, спленэктомия, псевдокиста поджелудочной железы, эхинококк печени
Virtual modeling in abdominal surgery: experience of application in surgery of liver, spleen and pancreas
Kolsanov A.V., Katorkin S.E., Zelter P.M., Bystrov S.A., Kolesnik I.V., Chaplygin S.S., Andreev I.S.
Samara State Medical University
Computer modeling based on multispiral computer tomography (MSCT) data - a technique that allows to combine all four phases in one 3D integral image. Systems for segmentation and pre-operative 3D-modeling with possible intraoperative navigation are actively being studied nowadays. Purpose. To evaluate the experience of application of Avtoplan system in preoperative planning in preparation for abdominal surgery.
Results. We examined 60 patients treated in surgical departments of Clinics of Samara State Medical University. Average reduction in operative time for all nosologies was 11.5%. There were no deaths in postoperative period in the study group.
CORRESPONDENCE
Zelter Pavel M. - MD, Assistant of the Department of Radiation Diagnostics and Radiation Therapy with a Course in Medical Informatics, Samara State Medical University E-mail: [email protected] ORCID 0000-0003-1346-5942
Keywords:
preoperative 3-D modeling system Avtoplan, CT, spleenectomy, pancreatic pseudocyst, liver hydatid disease
Conclusions. Preoperative simulation may more accurately describe anatomical relationships in the operative area. In patients with planning spleenectomy simulation allowed to choose the optimal type of operation. For the purpose of pancreas surgery simulation can effectively visualize vessels passing through modified topography to avoid intraoperative injury. The system allows to make a virtual resection plan and quantify volume of resected and stored parenchyma while planning a liver resection.
Clin. Experiment. Surg. Petrovsky J. 2017; 5 (1): 31-36.
Received: 01.11.2017. Accepted: 09.02.2017.
Компьютерная томография (КТ) с болюсным контрастированием занимает одно из ведущих мест в оценке патологии органов брюшной полости [1]. Рабочие станции томографов обладают функцией построения 30-изображения, которое может ответить на некоторые появившиеся после изучения протокола исследования вопросы. К сожалению, методика стандартной реконструкции методом Volume rendering не раскрывает всех топографо-анатомических взаимоотношений и вероятных вариантов развития. Это связано с тем, что программное обеспечение даже современных компьютерных томографов не позволяет совмещать различные фазы контрастного исследования брюшной полости (нативная, артериальная, портальная, отсроченная), чтобы получить всестороннее объемное изображение [2], а также заглянуть внутрь модели, например при необходимости объемной оценки сердечных клапанов.
Компьютерное моделирование на основе данных мультиспиральной КТ (МСКТ) - инновационная методика, которая позволяет совместить все 4 фазы визуализации с объемным преобразованием на одном интегральном изображении, что дает исчерпывающую информацию об анатомических особенностях органов брюшной полости вместе с особенностями артериального и венозного кровоснабжения [2]. Особенно важна функция регулировки тканевой прозрачности, которая обеспечивает оперирующего хирурга данными о взаимоотношении крупных паренхиматозных сосудов, например, при операциях на печени о типах строения воротной и печеночных вен.
В связи с актуальностью вопроса и ограничениями существующих систем в Центре прорывных исследований Самарского государственного медицинского университета (СамГМУ) «Информационные технологии в медицине» (руководитель -профессор А.В. Колсанов) группой специалистов, включающей программистов, врачей-хирургов и врачей-рентгенологов, ведется совместная разработка и внедрение в клиническое использование системы «Автоплан» по предоперационному планированию с возможностью полуавтоматической сегментации [8, 9].
Технология получения виртуальной 30-модели в абдоминальной хирургии состоит из следующих этапов: выполнение КТ с болюсным контрастированием; загрузка данных в формате ИГОМ в систему «Автоплан»; сегментация паренхиматозных органов (печень, селезенка, поджелудочная железа); сегментация артерий и вен; получение объемной полигональной модели и ее анализ совместно с врачом-хирургом. Среднее время получения модели составило 23 мин.
Цель исследования - оценить опыт использования системы «Автоплан» в предоперационном планировании при подготовке к операциям на органах брюшной полости.
Материал и методы
В 2015-2016 гг. в клиниках СамГМУ были обследованы 60 пациентов, которым выполнялась МСКТ на 32-срезовом компьютерном томографе. Применяли болюсное введение неионного контрастного препарата с помощью автоматического шприца (скорость введения - 4-5 мл/с). В системе «Автоплан» использовали плагины по сегментации печени, патологических очагов и выделению сосудистых структур, объем оценивали с помощью универсального плагина «Свойства сегментации». В настоящее время идет накопление числовых показателей оперативных вмешательств, таких как объем кровопотери, время вмешательства, длина разреза. На данном этапе исследования оценивались субъективные мнения хирургов об удобстве использования, изменении тактики вмешательства и влиянии на ход операции, а также дополнительная информация, которую хирург получал по сравнению со стандартными результатами исследования.
Результаты
Были обследованы 60 пациентов, проходивших лечение в хирургических отделениях клиник СамГМУ. У больных выявляли доброкачественные образования печени (кисты и гемангиомы) - 16 пациентов, паразитарные кисты печени - у 5 боль-
Колсанов А.В., Каторкин С.Е., Зельтер П.М., Быстров С.А., Колесник И.В., Чаплыгин С.С., Андреев И.С. ■ ВИРТУАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ В АБДОМИНАЛЬНОЙ ХИРУРГИИ: ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ХИРУРГИИ ПЕЧЕНИ, СЕЛЕЗЕНКИ И ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
ных, абсцессы печени - у 4 больных, гепатоцеллю-лярный рак - у 5 больных, портальный тромбоз -в 9 случаях, псевдокисты поджелудочной железы -в 15, также у 16 пациентов моделирование проводилось при планировании спленомегалии. Моделирование позволяло хирургу достоверно интра-операционно идентифицировать анатомические структуры и патологические образования, планировать оптимальную линию разреза, а также избегать повреждения сосудов. Отмечено сокращение времени оперативного вмешательства в среднем по всем нозологиям на 11,5%, летальных исходов в послеоперационном периоде в исследуемой группе не было.
В качестве иллюстрации приводим клинические наблюдения по трем различным направлениям абдоминальной хирургии.
Пациентка И., 55 лет, в течение 10 лет страдает идиопатической тромбоцитопенической пурпурой с рецидивирующим течением. Длительный анамнез, неэффективность консервативного лечения, низкий уровень тромбоцитов, несмотря на большие дозы глюкокортикоидов, угроза внутричерепных кровоизлияний стали показаниями к хирургическому лечению - спленэктомии.
В системе «Автоплан» на основе анализа данных томографии была построена цветная 30-модель области предстоящего оперативного вмешательства (рис. 1).
Согласно созданной модели, никаких сосудистых аномалий, добавочных сосудов или долек селезенки, перипроцесса, близкого расположения хвоста поджелудочной железы в воротах селезенки не выявлено. На основании полученной модели мы прогнозировали стандартное выполнение лапароскопической гибридной спленэктомии. Выполнена лапароскопическая гибридная спленэктомия с использованием Hand-port (мануально ассистирован-ная). Интраоперационная кровопотеря не превысила 50 мл. Больной был установлен контрольный дренаж в ложе удаленной селезенки, введенный через латеральный порт. Продолжительность операции составила 75 мин. Послеоперационный период протекал без осложнений. Пациентка выписана на 5-е сутки с нормальными показателями уровня тромбоцитов (356х109/л), дозы преднизолона были уменьшены по схеме до полной отмены препарата.
В этом случае данные модели полностью подтвердились интраоперационно и позволили преци-зионно выполнить лапароскопическую гибридную спленэктомию с минимальной кровопотерей. Знание топографии хвоста поджелудочной железы позволило избежать его интораоперационной травмы с возможным развитием послеоперационного панкреатита.
Пациент Ч., 51 год, поступил в экстренном порядке в хирургическое отделение клиники госпи-
тальной хирургии СамГМУ. Предъявлял жалобы на боли в эпигастрии опоясывающего характера, жел-тушность кожи и склер, темный цвет мочи и светлый цвет кала. В анамнезе - длительное злоупотребление алкоголем. В течение предшествующих 5 лет беспокоили постоянные опоясывающие боли в эпигастрии, за последние 10 дней стал отмечать нарастающую желтушность кожных покровов. При поступлении: гемодинамика стабильная. Артериальное давление - 130 и 70 мм рт.ст., частота сердечных сокращений - 76/мин. Живот мягкий, безболезненный. В эпигастрии пальпируется округлое плотное малоболезненное образование диаметром 10 см. Был установлен диагноз: хронический панкреатит с расширением главного панкреатического протока. Множественные псевдокисты головки поджелудочной железы. Желчнокаменная болезнь. Хронический калькулезный холецистит. Механическая желтуха.
После выполнения КТ с болюсным контрастированием в системе «Автоплан» на основе анализа данных томографии была построена цветная 30-модель печени и поджелудочной железы с визуализацией сосудистых структур. При исследовании определяется увеличение желчного пузыря, в головке поджелудочной железы наблюдаются жидкостные образования, без накопления контраста - псевдокисты. При анализе модели по передней поверхности наиболее крупной псевдокисты определяется ветвь общей печеночной артерии -правая желудочная артерия. Позади псевдокисты определяются воротная и нижняя брыжеечная вены (рис. 2). Были проведены лапаротомия, субтотальная резекция головки поджелудочной железы, продольная панкреатоеюностомия, формирование гепатикоеюноанастомоза на Ру-петле, холецистэктомия, послеоперационный период протекал без особенностей. Выполнена контрольная
Рис. 1. Полигональная 30-модель. Вид спереди. Разными цветами обозначены кости, селезенка, поджелудочная железа, артерии и вены
Рис. 2. Полигональная 3Р-модель до и после операции. Вид спереди. Разными цветами обозначены печень, поджелудочная железа с псевдокистами, артерии и вены
Рис. 3. Полигональная 3Р-модель. Вид спереди.
Разными цветами обозначены печень, вены и эхинококковые кисты
Рис. 4. Полигональная 3Р-модель. Вид спереди. Зеленым цветом обозначена сохраняемая часть, желтым - резецируемая.
Красным цветом схематично картированы эхинококковые кисты, фиолетовым - ветви воротной и печеночной вены
КТ с болюсным контрастированием, также в системе «Автоплан» была построена модель. Обе модели представлены на рис. 2.
Пациент И., 51 год, обратился в отделение пропедевтической хирургии клиники СамГМУ с жалобами на чувство тяжести и боли в правом подреберье, диспептические явления и нарушения стула. При КТ в правой доле печени в определялись 4 округлые гиподенсные образования с плотно-
стью, соответствующей жидкостной, с перегородками в структуре, неровными контурами, плотными стенками. Диаметр их варьировал от 20 до 50 мм. При контрастировании их плотность не менялась. В результате больному было выставлено заключение - эхинококковые кисты правой доли печени. Диагноз был подтвержден данными иммунологических тестов. Затем выполнено моделирование печени и сосудистых структур. Результаты сегментации печени и венозных сосудов представлены на рис. 3.
Важным вопросом, интересовавшим хирурга, являлась жизнеспособность сохраняемой паренхимы печени при радикальной резекции эхинококковых кист. Для планирования оптимального хода операции хирург проводил виртуальную плоскость резекции, задавал интересующие опорные точки (взаимоотношение с ветвями воротной вены, достаточность кровотока сохраненной части и т.д.). После построения оптимальной плоскости с минимальным, но достаточным объемом резекции паренхимы были проведены объемные измерения. Объем сохраняемой части печени составлял 48% с достаточным кровоснабжением. 30-модель представлена на рис. 4.
Обсуждение
Системы по созданию сегментаций и 30-мо-делей с возможностью интраоперационной навигации активно изучаются в настоящее время. В систематическом обзоре J. Hallet и соавт. указывается на наглядность получаемых моделей и положительные отзывы хирургов. К сожалению, из-за небольшого объема результатов к настоящему дню отсутствуют обширные данные по объективному сравнению операций с использованием подобных систем и без их применения [3].
В нескольких отечественных работах [4-6] анализируется опыт использования системы по мо-
Колсанов А.В., Каторкин С.Е., Зельтер П.М., Быстров С.А., Колесник И.В., Чаплыгин С.С., Андреев И.С. ■ ВИРТУАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ В АБДОМИНАЛЬНОЙ ХИРУРГИИ: ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ХИРУРГИИ ПЕЧЕНИ, СЕЛЕЗЕНКИ И ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
делированию при планировании операций по удалению опухолей почек. Указывается на удобство хирурга, уверенность в исходе операции, прогнозирование возможных осложнений. Авторы анализировали объективные числовые показатели: объем кровопотери и время операции. Они достоверно различались в группах с применением моделирования и без него. Незначительно отличалось и время ишемии почечной ткани, у большего числа пациентов удалось избежать перекрытия основного кровотока.
В крупном контролируемом исследовании Y.B. He и соавт. [7] система по моделированию и виртуальной резекции печени IQQA Liver (EDDA Technology) использовалась при предоперационном планировании у пациентов с альвеолярным эхинококкозом. 106 больных были разделены на 2 группы, сравнимые по клиническому статусу. В одной использовался классический диагностический алгоритм, а в исследуемой группе он был дополнен предоперационным моделированием. Установлено, что в группах достоверно различались среднее время операции, кровопотеря и уровень сывороточного альбумина в послеоперационном периоде (был выше в исследуемой группе).
Выводы
Таким образом, анализ нескольких десятков клинических случаев, в том числе трех подробно описанных больных, позволяет сделать следующие выводы:
1. Предоперационное моделирование позволяет более точно определить топографо-анатоми-ческие взаимоотношения в области предполагаемого вмешательства.
2. У пациентов при планировании спленэкто-мии моделирование позволило выбрать тип операции: лапароскопическая или открытая, при наличии аномалий селезеночных артерий и вен точно определять объем селезенки, прогнозировать развитие острого панкреатита в послеоперационном периоде.
3. При планировании операции на поджелудочной железе эффективно оценивались особенности хода сосудов в условиях измененной топографии, деформации их образованиями для исключения интраоперационной травмы.
4. При планировании резекций печени использование системы позволяло определить, в каких доле и сегменте располагается очаг, построить виртуальную линию резекции и оценить, через какие сосудистые структуры она проходит, а также количественно определить соотношение резецируемой и сохраняемой паренхимы.
Литература
1. Прокоп М., Галански М. Спиральная и многослойная компьютерная томография : пер. с англ. М. : Медпресс-информ, 2008. Т. 1. 416 с.
2. Федоров В.Д., Кармазановский Г.Г., Гузеева Е.Б., Цвир-кун В.В. Виртуальное хирургическое моделирование на основе данных компьютерной томографии. М. : Видар-М, 2003. 184 с.
3. Hallet J., Gayet B., Tsung A., Wakabayashi G., Pessaux P. Systematic review of the use of pre-operative simulation and navigation for hepatectomy: current status and future perspectives // J. Hepatobiliary Pancreat. Sci. 2015. Vol. 22, N 5. P. 353-362. doi: 10.1002/ jhbp.220.
4. Аляев Ю.Г., Фиев Д.Н., Петровский Н.В., Хохлачев С.Б. Использование интраоперационной навигации при органосохраня-ющих хирургических вмешательствах по поводу опухоли почки // Онкоурология. 2012. № 3. С. 31-37.
5. Дубровин В.Н., Егошин А.В., Фурман Я.А. и др. Первый опыт применения технологии дополненной реальности на основе 3Р-моделирования для интраоперационной навигации при лапа-
роскопической резекции почки // Мед. альманах. 2015. № 2 (37). С. 45-47.
6. Глыбочко П.В., Аляев Ю.Г., Терновой С.К., Дзеранов Н.К. и др. Трехмерное моделирование опухолевого процесса в почке с последующим планированием оперативного вмешательства на ней // Бюл. сибир. мед. 2012. № 5. Прил. С. 38-40.
7. He Y.B., Bai L. et al. Application of 3D reconstruction for surgical treatment of hepatic alveolar echinococcosis // World J. Gastroenterol. 2015 Sep 21. Vol. 21, N 35. P. 10 200-10 207. doi: 10.3748/wjg.v21.i35.10200.
8. Каторкин С.Е., Колсанов А.В., Быстров С.А., Чаплыгин С.С. и др. Предоперационное 3-D моделирование спленэктомии у пациентки с первичной иммунной тромбоцитопенией // Новости хир. 2017. № 1. С. 21-27.
9. Колсанов А.В., Манукян А.А., Зельтер П.М., Чаплыгин С.С. и др. Виртуальное моделирование операции на печени на основе данных компьютерной томографии // Анналы хир. гепатологии. 2016. № 4 (21). С. 16-22.
References
1. Prokop M., Galanski M. Spiral and multislice computered tomografy. Moscow: Medpress-inform, 2008. Vol. 1: 416 p. (in Russian)
2. Fedorov V.D., G.G. Karmazanovskiy, Guzeeva E.B., Cvirkun V.V. Virtual surgical modeling based on CT data. Moscow: Vidar-M, 2003: 184 p. (in Russian)
3. Hallet J., Gayet B., Tsung A., Wakabayashi G., Pessaux P. Systematic review of the use of pre-operative simulation and navigation for hepatectomy: current status and future perspectives. J Hepatobiliary Pancreat So*. 2015; 22 (5): 353-62. doi: 10.1002/ jhbp.220.
4. Alyev Yu.G., Fiev D.N., Petrovskiy N.V., Hohlachev S.B. The use of intraoperative navigation in organ-saving surgery for renal tumors. Onkourologiya [Oncourology]. 2012; (3): 31-7. (in Russian)
5. Dubrovin V.N., Egoshin A.V., Furman Y.A., et al. The first experience of augmented reality technology based on 3D-modeling for intraoperative navigation during laparoscopic nephrectomy. Meditsin-skiy al'manakh [Medical Almanac]. 2015; 2 (37): 45-7. (in Russian)
6. Glybochko P.V., Alyaev Yu. G., Ternovoy S.K., Dzeranov N.K., Khokhlachov S.B., Akhvlediani N.D., Petrovskiy N.V., Fiev D.N. 3D
modeling of tumor process in the kidney, followed by planning surgery on it. Byuleten sibirskoj mediciny [Bulletin of the Siberian Medicine]. 2012; (5) Annex: 38-40. (in Russian)
7. He Y.B., Bai L., et al. Application of 3D reconstruction for surgical treatment of hepatic alveolar echinococcosis. World J .Gastroenterol. 2015; 21 (35): 10200-7. doi: 10.3748/wjg.v21.i35.10200.
8. Katorkin S.E., Kolsanov A.V. Bystrov S.A., Chaplygin S.S., Zelter P.M., Nazarov R.M. Preoperative 3-D modeling of splenectomy in a patient with primary immune thrombocytopenia. Novosti khirur-gii [Surgery News]. 2017; (1): 21-7. (in Russian)
9. Kolsanov A.V., Manukyan A.A., Zelter P.M., Chaplygin S.S., Kapishnikov A.V. Virtual modeling of liver surgery, based on computed tomography data. Annaly khirurgicheskoy gepatologii [Annals of Surgical Hepatology]. 2016; 4 (21): 16-22. (in Russian)
