Введение. Значительный прогресс в представлении патологии органов был достигнут благодаря применению в медицине технологии трехмерной печати [1]. Печатные 3D-модели органов способны улучшать интраоперационную навигацию, обучение молодых специалистов и консультирование пациентов [2]. В отличие от 3D-изображений модели, полностью соответствующие органу пациента, можно держать в руках и осматривать со всех сторон [3]. Однако при создании модели можно столкнуться с ограничениями, делающими этот процесс менее доступным. К последним следует отнести время и стоимость изготовления моделей.
В литературе имеется несколько публикаций, описывающих различные способы отображения ЧЛС, такие как реконструкция внутреннего вида, симультанная визуализация рядом расположенных органов и визуализация с использованием технологии виртуальной реальности, теоретически способных улучшать осведомленность как врачей, так и пациентов по сравнению с применением только 3D-изображения или печатных 3D-моделей [4]. Тем не менее эти технологии помимо соответствующего опыта требуют наличия специальных устройств, что также ограничивает их широкую доступность.
В свете вышесказанного применение программы, позволяющей отображать 3D-изображение ЧЛС снаружи и изнутри с использованием широко распространенных электронных устройств, таких как смартфоны, может улучшить понимание анатомии ЧЛС и предстоящей операции при камнях почек. Целью нашей работы было создание специальной программы, позволяющей осуществлять виртуальную интраренальную визуализацию чашечно-лоханочной системы (ЧЛС) и камня почки изнутри на устройствах на базе операционной системы Android и оценка ее эффективности в консультировании пациентов перед предстоящей перкутанной нефролитотрипсией (ПНЛ).
Материалы и методы. В исследование были включены 15 пациентов, которым показана ПНЛ. С каждым из них была проведена консультация дважды с разницей в один день без предупреждения, что второе консультирование будет дополнено нашей программой. В ходе каждой консультации с пациентом обсуждали анатомию пораженной почки, свойства и локализацию камня, а также объем предстоящей операции. На первой консультации использованы трехмерные КТ-изображения. Для второй консультации с помощью разработанного мобильного приложения выделялась трехмерная реконструкция ЧЛС и почечного камня из КТ-сканов в формате DICOM и сохранялась в формате стереолитографии (STL) с помощью программного обеспечения 3DSlicer.
InsKid – приложение, позволяющее перемещаться в виртуальной реконструкции ЧЛС, предназначенное для устройств на базе операционной системы (ОС) Android. Основной рабочий стол состоит из двух отдельных частей, левой и правой, отображающих 3D-вид ЧЛС изнутри и снаружи (рис. 1). Помимо визуализации самой полости приложение позволяет в любое время показывать и скрывать камень, смотреть на него с любой чашечки независимо от положения в ЧЛС (рис. 2). Файл с почкой также формируется путем выделения его и сохранения в формате STL.
Для определения полезности программы во время консультирования пациентов разработана специальная анкета, в которой первые пять вопросов касались осведомленности пациентами об имеющейся патологии и планируемой операции и оценивались по шкале Ликерта от 0 (полное отсутствие понимания) до 5 (полное понимание) (рис. 3) и качественный шестой вопрос, оценивающий дальнейшую необходимость улучшения консультирования.
Как уже упоминалось, каждый пациент консультировался с помощью обычных КТ-снимков и мобильного приложения. После каждой консультации пациенты заполняли анкету для определения их понимания и удовлетворенности консультацией. Затем суммарные баллы всех 15 пациентов по каждому вопросу суммировались и сравнивались для определения эффективности консультирования с помощью приложения. Так как каждый вопрос оценивался от 1 до 5 баллов, итоговый балл всех пациентов по каждому вопросу варьировался от 15 (если все пациенты оценили вопрос на 1 балл) до 75 (если все пациенты оценили вопрос на 5 баллов). Помимо этого дополнительный шестой вопрос имел качественный характер, где пациенты отвечали «да» в случае необходимости дальнейшего улучшения консультирования или «нет» в случае удовлетворенности от общения с урологом касательно имеющейся болезни и предстоящей операции. Результаты по этому вопросу складывались, и сравнивалось соотношение положительных и отрицательных ответов до и после использования приложения.
Статистический анализ проводили с использованием программного обеспечения «Past3». Для парного сравнения результатов по первым пяти вопросам использовали тест Вилкоксона, для сравнения номинальных переменных в шестом вопросе – критерий χ2. Различия считали статистически значимыми при p≤0,05.
Результаты. Максимальное количество баллов, которые могли получить пациенты в каждом количественном вопросе вместе, составляло 75. Их понимание анатомии пораженной почки после консультации с использованием разработанного приложения улучшилось на 55% (с 34 до 75 баллов, р=0,0001), а локализации камня – на 51% (с 37 до 75 баллов, р=0,0001). Этапы плановой операции стали понятнее для пациентов на 57% (с 32 до 75 баллов, р=0,0001), а возможные интра- и послеоперационные осложнения – на 48% (с 38 до 73 баллов, р=0,0002). Общее удовлетворение пациентов консультированием улучшилось на 53% (с 35 до 74 баллов, р=0,0001). Число пациентов, которые хотели получить лучшее консультирование, уменьшилось на 89% (с 9 до 1, р=0,006).
Обсуждение. В настоящее время технология 3D-печати широко используется в медицине [5–7]. Урология является одной из самых популярных областей для реализации всех возможностей этого направления, обеспечивающих достижение нескольких целей: 1) упростить предоперационное планирование и интраоперационную навигацию; 2) облегчить получение молодыми специалистами необходимого опыта; 3) улучшить консультирование пациента врачом, поскольку он может лучше воспринимать информацию [8].
Хирургический выбор определяется урологом в зависимости от особенностей пациента в каждом конкретном случае. Что касается мочекаменной болезни, выбор зависит как от особенностей камня, так и от анатомии почки [9]. Перед операцией уролог должен не только определить хирургическую тактику, но и предсказать, как она будет реализована [10]. При перкутанном лечении нефролитиаза для доступа должна быть выбрана такая чашечка, которая обеспечит необходимую маневренность инструментов в полостной системе почки [11]. Например, ПНЛ с доступом через верхнюю чашечку является оптимальным вариантом лечения и выполняется для удаления крупных камней (коралловидный камень, одиночный камень >2 см или множественные камни), конкремента верхней чашечки, пиелоуретерального сегмента и проксимального отдела мочеточника [12]. Кроме того, хорошо известно, что чашечки, ориентированные кзади, более предпочтительны с точки зрения снижения риска повреждения сосудов [13].
Пространственное восприятие крайне необходимо во время минимально инвазивного хирургического лечения камней почек из-за отсутствия прямого обзора операционного поля [14, 15]. Уролог должен понимать, в какой чашечке он находится, где располагается камень и как к нему пройти [10].
В настоящее время существует несколько работ, направленных на решение данной проблемы. Так, описан способ пластилиновой репликации ЧЛС на основе предоперационной реконструкции КТ-изображений, который показал свою эффективность при лечении сложных камней с помощью ПНЛ [16]. K. Yoshida et al. [4] в своей работе оценивали навигационную систему для повышения эффективности уретероскопических манипуляций и определяли ее способность обеспечивать необходимую пространственную ориентацию. Устройство использовало магнитную маркировку для определения положения уретероскопа и отображения его на трехмерном изображении. Результаты показали, что использование предложенной навигационной системы позволило повысить точность определения локализации внутри ЧЛС почки. Во время консультирования необходимо обеспечить пациентов понятным описанием их заболевания и предстоящей операции, а также возможных осложнений [17]. По мнению некоторых специалистов, применение только 3D-изображений недостаточно для выполнения данной задачи [18].
Одним из решений этой проблемы является технология 3D-печати. Создание трехмерных моделей позволяет врачам детально консультировать пациентов и отвечать на все интересующие их вопросы. К сожалению, этот аспект недостаточно изучен, но есть несколько исследований, посвященных оценке полезности печатных моделей в этом контексте.
J. Guarino et al. [19] использовали печатные 3D-модели при сложных операциях на позвоночнике и тазу детей во время предоперационного планирования, хирургической навигации и общения с пациентами. Стоимость печатной модели оперируемой части скелета варьировалась от 1150 до 2500 долл. для тазовых костей взрослого, от 1150 до 1900 и от 600 до 2000 долл. для поясничного и грудного отделов позвоночника подростка соответственно. Использование печатной модели позволило улучшить общение с пациентами. Авторы подчеркнули, что одной из основных проблем, связанных с использованием данной технологии в рутинной практике, является ее высокая стоимость.
F. Porpiglia et al. [20] оценивали полезность трехмерных моделей, используемых перед роботической простатэктомией и парциальной нефрэктомией. В исследование были включены 18 пациентов, 8 из которых перенесли робот-ассистированную радикальную простатэктомию, 10 – парциальную нефрэктомию. Для каждого пациента была сформирована идентичная их пораженному органу 3D-печатная модель, которая использовалась во время консультирования. Все пациенты высоко оценили данный способ общения с ними (в среднем 9 из 10). H. А. Atalay et al. [21] сообщили об использовании печатных моделей ЧЛС в процессе консультирования пациентов с мочекаменной болезнью. Для апробации были отобраны 5 пациентов, которым была показана ПНЛ. Процесс создания одной печатной модели занимал 2 ч и стоил примерно 100 долл. Однако следует учитывать тот факт, что в некоторых случаях сложное строение ЧЛС не всегда позволяет напечатать пригодную модель с первой попытки, что увеличивает конечную стоимость и длительность производства, что также упомянуто в данной работе.
При очевидности всех преимуществ этой технологии необходимо отметить ее основные ограничения. Самое короткое время создания 3D-модели ЧЛС, по данным вышеприведенных работ, составило 2 ч. Однако следует помнить, что на создание модели может уходить две и более попыток, что в свою очередь приводит к увеличению общего времени печати. Вторым недостатком этих моделей является стоимость. К сожалению, есть только одно исследование, посвященное изучению полезности печатной модели ЧЛС как пособия для предоперационного консультирования пациентов.
По нашему мнению, приложение «InsKid» не имеет недостатков, связанных с необходимыми материалами для создания печатных моделей ЧЛС почки. Стоимость создания данной программы составила 50 тыс. руб. и дальнейшее ее использование не требует дополнительных расходов. Процесс преобразования изображений DICOM в формат STL, который поддерживается приложением, длится не более 3 мин. Следует упомянуть, что многие пациенты после знакомства с программой предлагали способы ее возможного применения. Например, использование во время операции для интраоперационной навигации. Также было предложено изготавливать буклеты для каждого пациента с изображениями внешней и внутренней реконструкций ЧЛС. Этот факт подчеркивает улучшение коммуникации между пациентом и лечащим врачом.
Основным препятствием на пути использования «InsKid» является исходное низкое качество данных КТ. Эта проблема актуальна и для процесса создания 3D-печатных моделей, следовательно, не специфична для нашей программы. При искажении исходных изображений можно использовать специальные программы для их сглаживания. В таких случаях мы использовали программное обеспечение «3ds Max 2020», а сам процесс сглаживания длился не более 2 мин.
Заключение. Детальное понимание хирургической анатомии служит ключевым моментом при индивидуальном планировании оперативного лечения. 3D-визуализация не всегда является лучшим вариантом для полной передачи пациентам информации о заболевании, операции или риске осложнений. Предложенное нами специальное приложение «InsKid» позволяет без затрат реконструировать внутренний вид ЧЛС почки, более детально передавать всю необходимую информацию пациентам об анатомии ЧЛС почки и ходе предстоящей операции. При этом использование данной программой не требует столь же ощутимых финансовых затрат, как создание 3D-моделей.
