Введение. Заболеваемость мочекаменной болезнью (МКБ) варьируется от 114 до 720 человек на 100 тыс. населения, при этом распространенность заболевания, по данным различных источников, составляет 1,7–14,8%. Важно отметить, что почти во всех странах наблюдается непрерывный рост данных эпидемиологических показателей [1].

На сегодняшний день малоинвазивная рентгенэндоскопическая хирургия является одним из ведущих направлений в лечении МКБ. В последнее десятилетие перкутанная хирургия стала наиболее распространенным методом лечения нефролитиаза. Это в большей степени связано с тем, что удельный вес сложных форм МКБ, таких как коралловидные камни больше 2 см, высокоплотные камни >1000 HU, камни аномалийных почек, составляет 45–60% [2].

Для проведения чрескожной нефролитотрипсии (ЧНЛТ) требуется не только отличная техническая оснащенность урологического стационара, но и наличие у врача-уролога превосходных хирургических навыков при выполнении основных этапов этого высокотехнологичного оперативного пособия.

Работа в операционной для начинающего хирурга – эффективный метод освоения техники хирургических вмешательств. Однако остается нерешенным вопрос об этическом аспекте допуска начинающего специалиста к выполнению хирургического вмешательства прежде, чем он достигнет уровня эксперта.

В исследовании [3] была проведена оценка кривой обучения уролога без самостоятельного (только ассистирование) опыта проведения ЧНЛТ. Было установлено, что результаты начинающего специалиста достоверно (p<0,05) хуже по таким показателям, как время выполнения оперативного пособия, количество постоперационных осложнений, а также количество резидуальных камней.

По мнению J. De la Rosette и соавт. [4], чтобы овладеть техникой выполнения ЧНЛТ, начинающему хирургу необходимо провести минимум 24 операции. Анализ кривой обучения показал, что для достижения хирургической компетентности специалисту необходимо провести не меньше 60 операций, а чтобы в совершенстве овладеть данной техникой, – не менее 115 операций [5]. Достигнуть такого числа операций довольно сложно из-за крутой кривой обучения. Помимо этого перкутанный доступ обычно выполняется только 1 раз за всю процедуру ЧНЛТ.

Нет никаких сомнений в том, что успешное проведение перкутанного доступа считается сложнейшим этапом ЧНЛТ [6]. К одним из самых грозных осложнений, с которым может столкнуться хирург во время ЧНЛТ, относится кровотечение, поэтому неточное размещение перкутанного доступа представляет серьезную угрозу [7]. Для минимизации геморрагических осложнений следует соответствующим образом подойти к вопросу создания перкутанного доступа.

Цель исследования: разработка небиологического 3D-печатного тренажера для обучения и предоперационного тренинга ЧНЛТ, позволяющего проводить и осваивать все этапы операции под рентгенологическим и ультразвуковым контролем.

Материалы и методы. 3D-модель была создана на основании данных МСКТ одного больного коралловидной формой течения МКБ. Полученные данные были обработаны и использованы для печати модели.

Тренажер состоит из двух частей. Первая часть – это небиологическая 3D-печатная мягкая модель почки (приоритетная заявка на полезную модель № 2017139593 (068914) от 15.11.2017) с воспроизведенной интраренальной сосудистой и собирательной системами (рис. 1) [8].

Особенностью чашечной-лоханочной системы (ЧЛС) является ее полая структура, которая позволяет размещать конкремент, полностью имитируя анатомо-топографические особенности ЧЛС каждого больного. Помимо этого замкнутая ЧЛС обеспечивает условия для введения контрастного вещества, тем самым делая возможным проведение манипуляции под рентгеновским контролем.

Вторая часть тренажера представляет собой напечатанную с помощью 3D-принтера модель туловища человека (рис. 2).

Отличительной чертой модели является наличие костных ориентиров (позвоночный столб от уровня Th11 до уровня L5–S1, ребра с 8-го по 12-е, гребень подвздошной кости таза), полностью имитирующих область оперативного вмешательства при выполнении ЧНЛТ. В данной части тренажера имеется полость, в которую может быть размещена 3D-печатная модель почки.

Уровень расположения модели, а также анатомо-топографические ориентиры устанавливаются индивидуально для каждого пациента. Свободное пространство заполняется гелем высокой вязкости, что позволяет использовать УЗИ для пункции почки.

Полный цикл изготовления небиологического 3D-печатного тренажера можно разделить на несколько этапов.

I этап – выполнение МСКТ больному коралловидной формой течения МКБ. Исследование выполнено на томографе Toshiba Aquilion One 640 (Япония), протокол исследования 3 Phase Kidneys, положение пациента – лежа на спине (параметры съемки: режим исследования спиральный, толщина среза – 0,5 мм, напряжение – 120 кВ, сила тока – 80 мА, скорость вращения трубки – 0,5 с, зона исследования: от купола диафрагмы до лобкового сочленения) с внутривенным контрастированием (контрастный препарат «Ультравист-370», объем – 80–90 мл, скорость введения – 3,5–4 мл в 1 с).

II этап – компьютерная обработка полученных данных.

Информация, полученная в формате DICOM (от англ. Digital Imaging and Communications in Medicine), преобразовывалась в формат STL (от англ. Standard Triangulation Language) с помощью бесплатных компьютерных программ с открытым исходным кодом.

III этап – производство ЧЛС на 3D-принтере.

На основании данных в формате STL 3D-принтер формирует будущую ЧЛС. Печать осуществляется из PLA (polylactide)-пластика по технологии FDM (от англ. Fused Deposition Modeling) на 3D-принтере с тремя соплами.

IV этап – изготовление силиконовой формы для отливания модели.

Силиконовая форма для финальной модели изготавливается в два этапа. На первом этапе напечатанная форма для литья помещается в контейнер и наполовину заливается силиконом. После отвержения силикона она обрабатывается разделительной смазкой, заливается силиконом вторая половина. После полимеризации силикона форма разбирается, внутрь помещается напечатанная модель сосудистой и чашечно-лоханочной систем. В качестве силикона используется двукомпонентный силикон Tool Decor 15, термостойкий, безусадочный литьевой силикон для форм на платине, твердость по Шору А:15 (мягкий).

V этап – заливка формы и постобработка.

В собранную форму с установленными моделями сосудистой и чашечно-лоханочной систем заливается прозрачный состав, формирующий тело почки.

VI этап – производство модели туловища человека.

Заключительным этапом в создании тренажера является производство модели туловища человека. Принцип печати аналогичен процессу производства ЧЛС.

В дальнейшем на изготовленном тренажере была выполнена ЧНЛТ со всеми этапами оперативного вмешательства под ультразвуковым и рентгенологическим контролем (рис. 3).

Результаты. Полученная 3D-печатная модель почки полностью воспроизводит индивидуальные особенности интраренальных структур конкретного пациента. В ходе тренинга были успешно проведены все основные этапы ЧНЛТ как под ультразвуковым, так и под рентгенологическим контролем (пункция, расширение тракта, эндоскопический осмотр, интраренальная литотрипсия). Количество выполненных вариантов перкутанного доступа под УЗИ-наведением достигло 5 раз. Все урологи, проводившие тренинг на разработанной модели, высказали мнение о целесообразности использования данного тренажера для обучения и тренинга ЧНЛТ.

Обсуждение. В настоящее время существует несколько разновидностей тренажеров, позволяющих хирургу освоить перкутанный доступ при ЧНЛТ [9]. Условно они могут быть разделены на три группы: биологические, небиологические, а также виртуальные. Каждый из этих тренажеров имеет свои достоинства и недостатки. Виртуальные тренажеры слишком дороги, а животные модели не воспроизводят индивидуальные особенности ЧЛС [10].

Современная оперативная эндоурология требует комплексной оценки имеющихся патологических изменений в мочевых путях при МКБ с подробным анализом топографо-анатомических особенностей. С помощью 3D-печатной модели хирург может подробно изучить анатомию ЧЛС, потренироваться в выполнении перкутанного доступа, а также провести все этапы операции. Отличительной особенностью 3D-моделирования как подготовительного этапа к 3D-печати является исключительно персонализированный подход к пациенту. Это преимущество позволяет специалисту предвидеть интраоперационную картину на этапе подготовки к оперативному вмешательству, что непосредственно влияет на хирургическую тактику лечения и его результаты.

Одним из первых исследований, посвященных созданию анатомически точной модели почки с помощью 3D-печати для освоения ЧНЛТ, была работа F. Bruyere и соавт. [11]. Авторы использовали технику быстрого прототипирования для производства модели чашечки нижней группы, которая позволяла имитировать движение почки при дыхании человека, однако модель не стала анатомически точно воссозданной копией ЧЛС конкретного пациента. Достижения последних лет в области программного обеспечения и 3D-печати позволяют быстро и дешево производить необходимые детали. B. Turney впервые заявил о создании анатомически точной модели почки [12]. Исследователь отметил следующие преимущества своей модели: высокое сходство модели с настоящей почкой (модель была напечатана на основании данных МСКТ), низкая себестоимость, а также возможность использования модели для предоперационной навигации. Одним из недостатков модели является отсутствие возможности использования ультразвукового контроля.

К главным достоинствам разработанного нами 3D-печатного тренажера относится возможность воспроизведения всех интраоперационных этапов ЧНЛТ, включая многоразовое выполнение перкутанного доступа (до 5 раз), как под рентгенологическим, так и под ультразвуковым контролем. Возможность размещения 3D-печатной модели почки в макете туловища с воссозданием реального расположения почки для каждого конкретного пациента, с имитацией интраоперационной топографо-анатомической картины.

Одним из главных недостатков нашего исследования является его пилотный характер, что не позволяет оценивать эффективность применения тренажера для предоперационного тренинга или совершенствования навыков начинающего специалиста, однако в будущем мы планируем продолжить нашу работу и выполнить эти исследования.

Заключение. Разработанный небиологический 3D-печатный тренажер – перспективная разработка в области эндоурологического обучения, а также предоперационного тренинга при лечении сложных коралловидных форм МКБ.