Значение различных методов визуализации в практике врача трудно переоценить. Каждый виток в развитии лучевой диагностики сопровождался значимыми переменами в медицине. Интеграция современных компьютерных технологий в медицинскую практику, особенно в хирургию, привела к существенным изменениям в понимании как нормальной анатомии органов конкретного пациента, так и патологической.

Впервые получить изображение человеческого тела стало возможным после открытия немецким физиком Нобелевским лауреатом Вильгельмом Конрадом Рентгеном в 1895 г. «Х-лучей». В качестве иллюстрации к статье он представил рентгенограмму кисти жены с обручальным кольцом. Следующим важным этапом в развитии методов визуализации стало изобретение компьютерной томографии в 1972 г., за которое английский инженер-физик Годфри Хаунсфилд и американский физик Алан Кормак были удостоены Нобелевской премии. Г. Хаунсфилд создал прототип компьютерного томографа, по размерам подходивший для исследования головы, на котором провел серию испытаний на трупном головном мозге и мозге крупного рогатого скота. Несколько позже ученый протестировал аппарат на себе, выполнив серию снимков головы, а 1 октября 1971 г. компьютерный томограф был внедрен в медицинскую практику, когда в одной из английских больниц было проведено сканирование головы пациентки с подозрением на кисту головного мозга. В 1975 г.

Хаунсфилд создал компьютерный томограф для сканирования всего человеческого тела. В 1992 г. вышли в свет первые мультиспиральные компьютерные томографы Elscint CT Twin фирмы «Elscint Со». С помощью современных компьютерных томографов и за счет использования нескольких рядов детекторов удается за более короткое время получить изображение тела человека и провести трехмерную реконструкцию интересующего органа, анатомической области.

На сегодняшний день трехмерная обработка снимков, полученных на мультиспиральных томографах, служит основой не только для анализа на этапе планирования оперативного пособия, но и на этапе собственно его виртуального и реального выполнения [1]. Применение специальных программ 3D-моделирования для обработки результатов исследования компьютерной томографии (КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) или позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) позволяет построить трехмерную модель органа/патологического процесса, а также синтезировать изображение, полученное при объединении ряда снимков, выполненных с использованием различных методов визуализации [2–5]. Детальное изучение трехмерной анатомии помогает не просто предвидеть те технические сложности, которые могут возникнуть при выполнении операции, но многократно выполнить ее виртуально, при этом определив наиболее рациональный доступ к интересуемой области, оптимальный вид, а также перечень и последовательность хирургических манипуляций.

Объемное моделирование получает все большее распространение практически по всем урологическим направлениям, начиная от чрескожных вмешательств, заканчивая робот-ассистированными операциями. Трехмерные технологии нашли свое применение среди лапароскопических и открытых пособий на почке. Благодаря использованию методов поперечного сечения тканей на основе КТ за последние несколько десятилетий количество так называемых инцидентальных малых опухолей почки значительно возросло [6]. Примечательно, что сдвиг в сторону более ранней диагностики и стадирования опухолей почки сопровождается некоторыми изменениями в области хирургических методов лечения, увеличился процент выполнения органосберегающих операций на почке. Приверженность к нефросберегающим оперативным пособиям, как было показано, позволила в значительной мере снизить вероятность развития хронической болезни почек по сравнению с органоуносящими вмешательствами [7]. Максимально возможное и допустимое сохранение паренхимы почки также позволяет избегать неблагоприятных исходов в виде сердечно-сосудистых осложнений, значительной продолжительности госпитализации и увеличения общей летальности [8, 9].

На предоперационном этапе виртуального хирургического планирования используются изменяемые трехмерные реконструкции КТ-изображений, благодаря которым возможно оценить резектабельность опухоли почки, оценить вероятность повреждения собирательной системы почки, вероятность повреждения внутрипаренхиматозных сосудов почки, тем самым определиться с тактикой оперативного лечения [10]. Преимущества виртуального планирования показаны применительно к операциям на голове, шее, в гепатобилиарной зоне и др. [11, 12]. Имеются работы, посвященные вопросам использования трехмерных технологий при выполнении операций на почке [13, 14]. В исследовании P. Shao и соавт. [14] речь идет о попытке разработать подходы к селективному пережатию ветвей почечной артерии на основе анализа трехмерных моделей почечной сосудистой архитектоники.

Несмотря на изобилие литературы, документально подтверждающей безопасность, эффективность и техническую выполнимость лапароскопической резекции почки, некоторые хирурги воздерживаются от ее применения в случае анатомически сложного расположения опухолевого узла. Известно, что о сложности предстоящей резекции, расположении опухоли по отношению к различным плоскостям, ее близости к элементам собирательной системы почки можно судить на основании ряда индексов: R.E.N.A.L, PADUA, C-index. При этом наглядного представления о внутрипочечной архитектонике, безусловно, получить не удается. Очевидно, что в случае не простых для резекции опухолей на первом месте должна стоять задача максимального сохранения почечной паренхимы. Среди факторов, которые необходимо учитывать на дооперационном этапе, можно выделить взаимоотношение прилежащих к почке органов и тканей, анатомию почечных сосудов, сложность опухоли для резекции, глубину ее пенетрации в паренхиму почки, а также близость к чашечно-лоханочной системе (ЧЛС) и сосудистым структурам. Ранее для решения указанных задач использовали трехмерную реконструкцию на основании КТ-срезов [15–17]. Несмотря на это, методы, с помощью которых можно было бы предугадать особенности внутрипочечной анатомии почки, патологической анатомии опухоли и топографо-анатомического соотношения прилежащих органов для предотвращения интраоперационных осложнений, остаются до конца неполными. Более того, создание специальных программ, позволяющих на дооперационном этапе вырабатывать стратегию резекции опухоли, оценивать функциональную состоятельность оставшейся части почки, а также предугадывать возможные трудности при выделении почечной ножки, представляется чрезвычайно перспективным. Все это позволило бы хирургу выяснить, насколько целесообразно выполнение органосохраняющей операции в том или ином случае и, если данная операция потенциально выполнима, то к каким хирургическим приемам нужно будет прибегнуть для того, чтобы резецировать опухоль, оставив максимально допустимый объем функционирующей почки, и адекватно обработать раневую поверхность.

В связи с вышеизложенным в клинике урологии Первого Московского государственного университета им. И. М. Сеченова имеется опыт виртуального хирургического планирования и осуществления операции как элемента предоперационного выбора тактики лечения конкретного пациента. В качестве технологической платформы для выполнения виртуальных манипуляций использовалась программа Amira 5.4.

Коллектив авторов во главе с Ю. Г. Аляевым разработал методику виртуального осуществления операции на почке с опухолью. При этом в ходе предоперационной подготовки рассматривались самые различные варианты удаления опухолевого узла с прилежащим участком паренхимы органа при выполнении клиновидной, атипичной, плоскостной и других видов резекции. Все это позволило детально изучить, чем представлено дно резекции: сосудистыми структурами, элементами ЧЛС и т.д.? Благодаря виртуальному осуществлению резекции опухоли были детально спланированы этапы оперативного вмешательства и выработаны подходы к профилактике возможных осложнений в виде кровотечений, формирования мочевого свища в результате нарушения целостности ЧЛС и т.д. [1].

Не менее важную роль трехмерное моделирование патологического процесса в почке играет при интрапаренхиматозных опухолях небольшого размера, не деформирующих контур почки и практически не определяемых «на глаз» интраоперационно.

O. Ukimura и соавт. [13] сообщают о возможности создания трехмерных видеоизображений интраренально расположенных опухолей и оценки особенностей внутрипочечной анатомии. Известно, что на помощь хирургу в ситуации внутрипочечного расположения опухолевого узла может прийти УЗИ с использованием специальных датчиков для малых объектов в ходе операции. Однако, как показывает опыт, посредством УЗИ можно определить лишь внутренние границы опухолевого узла, в то время как внешних ориентиров на поверхности почки получить не удается и хирургу остается не что иное, как постараться умозрительно представить, куда на поверхность органа должна проецироваться граница резекции [1]. В клинике урологии ПМГМУ им. И. М. Сеченова в таких случаях прибегают к стереолитографическому биомоделированию с целью создания полимерного «навигационного» шаблона, опираясь на трехмерные данные о размере, характере поверхности почки и ее взаимоотношениях с опухолью. В последующем возможно как создание виртуальных шаблонов и осуществление виртуальной резекции, так и применение наиболее подходящего шаблона из нескольких в ходе реальной операции. При этом полимерный шаблон накладывается на почку, причем его внутренняя поверхность в точности повторяет форму органа данного пациента и позволяет перенести на ее наружную поверхность внутренние границы опухолевого узла [1].

Попытка предугадать возможное вскрытие ЧЛС при резекции почки предпринята в серии работ D. Ueno и соавт. [18]. На начальном этапе планирования линии резекции осуществляли сегментацию КТ-изображений, в которую включали три основных элемента: почку, ЧЛС и опухоль. Сначала приблизительно определяли границы ЧЛС, почки на серии компьютерных томограмм, а затем на основании алгоритма взвешенного неориентированного графа с двумя выделенными вершинами (Graph-Cut) выполняли точное построение области почки. Следующим шагом было сегментирование элементов ЧЛС с использованием алгоритма роста регионов (Redion Growing), а на заключительном этапе выделяли область опухоли при помощи алгоритма выделения контуров (Contuor based method). В дальнейшем в программе VoTracer выполняли виртуальную резекцию почки с отступом от края в 1, 3 и 5 мм. В ходе виртуальной реализации операции было показано, что при выполнении отступа в 5 мм во время резекции почки произойдет вскрытие нескольких чашечек, чего удастся избежать при меньшем отступе от края. Таким образом, благодаря наличию возможности виртуального осуществления резекции почки, можно определить оптимальный отступ от границ опухоли на дооперационом этапе.

Y. Komai и соавт. в исследовании по трехмерному моделированию и виртуальному осуществлению операций на почке ставили задачу выполнения резекции органа в условиях «нулевой ишемии» (без пережатия кровотока). На предоперационном этапе проводили виртуальную резекцию, в ходе которой неоднократно прорабатывали возможные варианты диссекции и пережатия артерий, питающих только опухолевый узел. Кроме того, авторы отметили, что виртуальное осуществление резекции оказывало неоценимую помощь в разъяснении самому пациенту тех сложностей, с которыми может столкнуться в ходе операции хирург, и теми возможными путями их решения, допустимыми в конкретном случае [19].

На сегодняшний день существуют технологии, позволяющие в режиме реального времени сопоставить трехмерные изображения, полученные на предоперационном этапе с интраоперационной картиной. M. Lasser и соавт. [20] для указанных целей использовали специальный дисплей TilePro в режиме реального времени на хирургической консоли при выполнении робот-ассистированных пособий. Традиционно вначале выполнялась серия компьютерных томограмм, затем изображения с шагом сканирования 2,5 и 0,625 мм в формате HD отправляли в компанию Medical Modeling Inc., занимающуюся моделированием в медицинский сфере. Трехмерные цифровые модели были построены на основании двухмерных КТ-снимков с использованием техники ручного и автоматического сегментирования.

В каждом случае были реконструированы следующие анатомические элементы: скелет, печень, поджелудочная железа, селезенка, почечная артерия и вена, мочеточник, почка, опухоль (опухоли) и граница (границы) резекции. Затем проводили web-тренинг с оперирующим хирургом для того, чтобы выработать виртуальную стратегию резекции опухоли и определить оптимальные с точки зрения сохранения функции почки и максимальной абластичности границы резекции. Вне зависимости от стороны опухолевого поражения осуществляли реконструкцию обеих почек. Далее проводили компьютерное построение плоскости резекции, в деталях изучали раневую поверхность. Вслед за этим выполняли автоматический подсчет объема оставшейся функциональной паренхимы. Хирург несколько раз проводил виртуальную резекцию, причем каждый раз он получал данные об объеме удаленной опухоли и оставшейся функциональной ткани почки. По завершении тренировки данные о планируемой границе резекции с трехмерной реконструкцией передаются хирургу в pdf-формате (Adobe Systems Incorporated; SanJose, CA), который позволяет вращать изображение на 360° по всем осям представленных анатомических структур. Благодаря возможности вращения трехмерного изображения у оперирующего врача есть прекрасная возможность детально изучить взаимоотношение опухоли с почкой, границы резекции и элементов ЧЛС. Почка и прилежащие анатомические структуры располагаются таким образом, чтобы их можно было сопоставить с интраоперационными данными на TilePro консоли робота. Благодаря этому хирург имеет возможность резецировать опухоль точно в такой же плоскости, как это будет во время операции, причем существует функция предпросмотра ложа удаленной опухоли до выполнения манипуляции.

В работе [20] пациентам проведена роботизированная лапароскопическая резекция почки. Выполнена мобилизация почки, ее ворот для того, чтобы получить адекватный доступ к почечным сосудам. После выделения почки визуализировали опухоль (при наличии экстраренального компонента). Перед резекцией опухоли пациенту введено внутривенно 12,5 мг маннитола и выполнено интраоперационное УЗИ. Двойное окно TilePro консоли робота позволяло одновременно сопоставлять данные УЗИ и результаты виртуального хирургического планирования, что помогало визуализировать интрапаренхиматозную часть опухоли. После этого осуществлена маркировка предполагаемой линии резекции. Далее на почечную ножку накладывали лапароскопические или роботизированные зажимы типа «бульдог» и выполняли резекцию опухоли холодными ножницами, по возможности сохраняя 5 мм нормального края паренхимы почки.

В результате интраоперационных осложнений и положительного хирургического края отмечено не было. Всем пациентам указанной группы проведена трехмерная реконструкция анатомии интересуемой области, при этом в каждом случае была организована web-конференция между оперирующим урологом и компанией, занимающейся трехмерным моделированием в медицинской сфере. По результатам подобных конференций хирург намечал оптимальную плоскость и глубину резекции для каждого пациента. Было показано, между предоперационными реконструкциями и интраоперационными данными имеет место сильная корреляция. Детали трехмерной виртуальной реконструкции анатомии почки, почечной ножки, прилежащих органов полностью отражали реальную картину. Трехмерное моделирование на основании КТ-изображений нескольких пациентов выявило тесное прилежание опухоли к сегментарным сосудам и элементам собирательной системы почки. Знание подобного взаиморасположения опухоли и указанных структур во многом повлияло на интраоперационную тактику, позволив хирургу избежать повреждения сосудов и нарушения целостности ЧЛС. TilePro консоль робота обеспечила условия для манипулирования положением почки, опухоли и интраоперационного планирования резекции до начала собственно манипуляции. Таким образом, технология TilePro позволяет оперирующему урологу одновременно сопоставлять интраоперационные данные с изображениями, полученными на этапе планирования зоны резекции. Как и в программе Amira 5.4, в платформе TilePro предусмотрены различные режимы, как, например, режим «прозрачности паренхимы» или режим, позволяющий раздельно рассмотреть и изучить сосудистую архитектонику, анатомию ЧЛС и ее взаимоотношение с опухолью. После того как указанные анатомические особенности детально изучены хирургом, строится граница резекции и происходит виртуальное удаление опухолевого узла с прилежащей паренхимой, что позволяет оценить ложе опухоли и оставшуюся часть почки. На основании этого принимается обоснованное решение в пользу органоуносящей или органосохраняющей робот-ассистированной лапароскопической операции. Важно подчеркнуть, что в ситуации, когда у пациента имеется центрально расположенная опухоль, тесно прилежащая к собирательной системе почки и ее резекция может поставить под вопрос жизнеспособность оставшейся части органа, описанная методика может помочь хирургу решить: не лучшей ли операцией в данной ситуации будет энуклеация опухолевого узла? Авторы не настаивают на том, что применение данной технологии необходимо при планировании абсолютного большинства резекций почки. Однако данная технология может стать определяющей при выборе тактики ведения пациентов со сложными центрально расположенными опухолями. При планировании с использованием описанной методики было показано, что данным пациентам целесообразно проведение энуклеации, поскольку резекция сопровождалась бы нарушением целостности ЧЛС и избыточным иссечением жизнеспособной паренхимы почки, что означало бы полную функциональную несостоятельность оставшейся части органа в послеоперационном периоде.

В заключение подчеркнем, что трехмерное моделирование – незаменимый инструмент в случае принятия решения об оптимальной персонифицированной тактике лечения пациента, поскольку позволяет получать исчерпывающие данные о патологическом процессе по результатам неоднократного виртуального осуществления различных допустимых вариантов оперативного пособия.