ВВЕДЕНИЕ

Трехмерная (3D) печать представляет собой процесс создания объемных моделей с помощью технологии послойного наложения различных материалов, таких как полимеры, воск, керамика, металл [1].

Первое упоминание о ней датируется 1986 годом, когда с помощью ультрафиолетового излучения производилась полимеризация светочувствительной смолы [2]. С момента появления этой новой концепции технология претерпела значительные изменения, позволившие ее использование в различных сферах деятельности, в том числе в медицине. Помимо внедрения в кардиохирургию, травматологию и стоматологию данная технология затронула и урологию, где 3D-печать активно используется в процессе обучения пациентов и ординаторов, предоперационном планировании и ассистировании во время хирургических вмешательств, что обусловлено схожестью моделей с изучаемым органом.

Целью настоящего обзора является анализ статей по данной тематике и определение полезности 3D-печати для хирургического планирования, консультирования урологических пациентов, а также оценка вклада данной технологии в персонализированную медицину.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Поиск публикаций для включения в данный обзор проводилась в базах данных Embase, Medline, Google Scholar, Scopus за последние 10 лет.

Критериями включения были: доступность полной статьи, использование 3D моделей для обучения пациентов или ординаторов, а также их использование в планировании и проведении операций на пациентах старше 18 лет.

Поиск производился с помощью запросов. Так, публикации по 3D печати при патологиях почек находились по запросу (((3D) AND (PRINTED)) AND (MODEL)) AND (KIDNEY), в рамках патологии предстательной железы по запросу ((((3D) AND (PRINTED)) AND (MODEL))) AND (PROSTATE).

В результате такого поиска было найдено 197 публикаций, из которых 40 было отобрано в дальнейший обзор с разделением по нозологиям.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Мочекаменная болезнь

Перкутанная нефролитотрипсия (ПНЛ) остается основным стандартом в лечении крупных и коралловидных камней. Детальное изучение анатомии чашечно-лоханочной системы (ЧЛС) и правильно выполненный доступ являются неотъемлемой частью лечения [3]. Компьютерная томография относится к современным методам диагностики нефролитиаза. Бурное развитие технологии и использование контрастного вещества позволяют реконструировать 3D-изображения чашечно-лоханочной системы (ЧЛС) для лучшей подготовки урологов к предстоящему вмешательству за счет более детального планирования операции. Но, несмотря на это, изучение анатомии почки все равно проводится на двухмерных изображениях. Решением данного недостатка является 3D печать моделей ЧЛС, которые позволяют улучшить качество обучения молодых специалистов и консультирования пациентов с мочекаменной болезнью (МКБ). В литературе имеется целый ряд исследований, направленных на изучение пользы таких моделей во всех вышеперечисленных сценариях (табл. 1).

Таблица 1. Исследования по 3Д-печати при мочекаменной болезни
Table 1. Studies on 3D printing for urolithiasis

H.A. Atalay и соавт. изучили пользу печатных моделей при консультировании пациентов, которым показано выполнение ПНЛ. В ходе исследования пациенты лучше понимали анатомию почек, положение камней в почках, ход проведения операции, а также возможные осложнения. Кроме того, все пациенты были удовлетворены таким общением с урологом [4].

Нами также опубликованы результаты подобного исследования, направленного на использование печатных и разборных моделей ЧЛС с цветовой маркировкой отдельных чашечных групп в ходе обучения ординаторов [5]. Так, понимание анатомии как в целом, так и отдельных ее компонентов улучшилось более чем на 50%, а способность самостоятельно определять наиболее оптимальное место для пункции – на 55%.

Y. Xu и соавт. использовали 3D-печатные модели почек с коралловидным камнем для предоперационного планирования, а именно для выбора наиболее оптимальной чашечки для пункции. По каждому отобранному пациенту было напечатано 3 модели для моделирования доступа через верхнюю, среднюю и нижнюю группы чашечек. После каждой попытки оценивалось состояние «stone-free» и наиболее удобный доступ осуществлялся во время настоящей операции. Успех тренировки и самого вмешательства оценивался с помощью корреляционного анализа. Выявленный коэффициент корреляции был равен 0,972 (95% ДИ = 0,900–0,992). Согласно результатам авторов, данная тактика предоперационного планирования существенно улучшит подготовку урологов к проведению ПНЛ по поводу коралловидных камней [6].

A.R. Christiansen и соавт. сравнивают автостереоскопическое, computer aided design (CAD), интективное объемное и обычное объемное моделирование с трехмерной печатью в качестве пособия для предоперационного планирования лапароскопической нефролитотомии подковообразной почки. Печатные модели позволяли осуществлять тактильную оценку как самой почки и камня, так и ее сосудистого русла, однако данные преимущества трудно достижимы при проведении операции. В заключении авторы отмечают, что современные методики трехмерной визуализации данных компьютерной томографии (КТ) являются ценными при проведении подобных вмешательств, снижая тем самым необходимость печати [7].

Интересное исследование приведено S. Kuroda и соавт. Авторы предлагают трехмерную печать трансплантируемой почки для тренировки антеградной уретероскопии по поводу камня мочеточника. При плановом проведении КТ через 15 лет после трансплантации почки был обнаружен камень размером 12 мм в мочеточнике. С помощью напечатанной модели авторы выполнили пункцию через верхнюю чашечку с последующим введением уретероскопа и извлечением напечатанного конкремента. После успешной тренировки таже стратегия была применена во время операции [8].

A. Ghazi и соавт. оценивали тренажер для проведения ПНЛ, в который входила ЧЛС, почка и смежные структуры, учет которых необходим при проведении операции. В качестве материала были использованы гидрогели поливинилового спирта. Были смоделированы все этапы ПНЛ, включая чрескожный доступ, нефроскопию и литотрипсию [9]. Хотя практическое обучение под наблюдением опытного куратора остается неотъемлемой частью любой ординатуры, предлагаемый тренажер является полноценным пособием для приобретения необходимых навыков перед самостоятельным выполнением операции.

D. Li и соавт. разработали модель из эластомера с добавлением красителя, наиболее приближенного по цвету и плотности к паренхиме почки. Она состоит из двух частей, разделенных во фронтальной плоскости для размещения полости и ее удаления после заливки материала. Для соединения обеих половин использовалась специальная методика герметизации, что позволяло увеличивать гидравлическое давление в четыре раза выше, нормального внутрипочечного давления. Также оценивалось качество визуализации почки и ее полости с помощью рентгеновского исследования, ультразвукового исследования (УЗИ) и эндоскопии. Камень размером 7 мм в диаметре, состоящий преимущественно из оксалата кальция, детально визуализировался при использовании вышеперечисленных методик. Для оценки данной модели в качестве тренажера была проведена ретроградная уретеронефроскопия с помощью гибкого уретероскопа с дальнейшим дроблением конкремента гольмиевым лазером. Согласно результатам данного исследования, специалисты высоко оценили качество и приближенность к реальной операции предлагаемого тренажера [10].

Альтернативный способ размещения полости в тренажере представлен B.W. Turney и соавт., которые создавали печатные модели ЧЛС с помощью водорастворимого пластика на основе поливинилового спирта, которые размещались в силиконовой форме и растворялись обычной водой. Для имитации тканей между почкой и кожей использовалась плотная пена. После застывания всех компонентов, полученная полость заполнялась контрастным веществом для выполнения техники триангуляции при проведении пункции. Несмотря на возможность выполнения до 20 пункций, при расширении канала происходила утечка контрастного вещества в связи с потерей герметичности полости. Более того, используемые материалы не подходили для выполнения пункции под УЗ-контролем. Несмотря на перечисленные недостатки, авторы отмечают пользу такого тренажера при наработке опыта выполнения пункции почки под контролем С-дуги, что является неотъемлемой частью обучения молодых специалистов [11].

T. Aro и соавт. описывают один из самых экономичных способов создания тренажера ПНЛ. 3D-модель ЧЛС была напечатана с использованием акрилонитрилбутадиенстирола (АБС) с дальнейшей ее фиксацией в форме для заливки желатина. После затвердевания последней порции желатина, орошение раствором лимонной кислоты использовалось для растворения модели собирательной системы почки. Получаемая полость заполнялась водой для детальной визуализации при выполнении УЗИ, которое продемонстрировало четкую границу сред между желатином и водой. Наиболее важным преимуществом данной методики является возможность повторного использования желатина, который после износа можно растворить для дальнейшей перезаливки [12].

A. Golab и соавт. приводят опыт создания направляющих силиконовых форм для пункции почки при проведении ПНЛ. Контур формы, а также ориентация пункционного канала определялась с помощью КТ-изображений конкретного пациента. По мнению авторов, предлагаемая разработка позволяет выбрать безопасную область на теле пациента для пункции, снижая риски повреждения смежных органов, а заранее определенная траектория иглы позволяет снизить длительность первого этапа ПНЛ [13].

Ю.Г. Аляев и соавт. разработали 3D-печатный тренажер для обучения и предоперационного тренинга перкутанной нефролитотрипсии, позволяющий проводить и осваивать все этапы операции под рентгенологическим и ультразвуковым контролем. 3D-модель была создана на основании данных мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ) одного больного коралловидной формой МКБ. Полученные данные были обработаны и использованы для печати модели. Тренажер состоял из двух частей: небиологической 3Dпечатной мягкой модели почки с воспроизведенной интраренальной сосудистой и собирательной системами и напечатанной с помощью 3D-принтера модели туловища человека. На данном 3D-тренажере в условиях рентгеноперационной под ультразвуковым и рентгенологическим наведением была выполнена ПНЛ. Согласно мнению авторов и результатам работы, описанный тренажер является перспективной разработкой в области эндоурологического обучения, а также предоперационного тренинга при лечении сложных форм мочекаменной болезни [14].

Н.Г. Гаджиев и соавт. в описывают анатомически точную, небиологическую модель ЧЛС для отработки техники пункции почки под рентген-контролем. В качестве полимерного термопластичного материала использовался ABС. Данный тренажер позволяет проводить тренировку перкутанного доступа с использованием рутинного в клинической практике оборудования [15].

Рак почки

Трехмерная печать нашла свое место и в онкологии. Возможность создания 3D моделей пораженных органов позволяет более информативно проводить консультирование пациентов, обучение молодых специалистов, а также использовать такие модели при планировании и проведении операции. Особенно данные преимущества необходимы в случае рака почки, где понимание локализации опухоли, ее васкуляризации и близости к ЧЛС необходимо для выбора наиболее оправданного вмешательства.

Таблица 2. Исследования 3D печати при раке почки
Table 2. Studies of 3D printing in renal cancer

C. Schmit и соавт. разрабатывали модели почки при общении с пациентами перед криоабляцией. С помощью принтера печатались следующие структуры: пораженная и здоровая почки, ЧЛС и мочеточники, почечные артерии и вены, а также брюшной отдел аорты и нижняя полая вена. В качества материала был выбран фотополимер, затвердевающий под действием ультрафиолета. В результате такого подхода пациенты из экспериментальной группы лучше понимали все аспекты предстоящей процедуры и возможные ее осложнения [16].

J. Teishima и соавт. использовали технологию трехмерной печати для консультирования пациентов с раком почки cT1N0M0 перед выполнением робот-ассистированной парциальной нефрэктомии. Модель состояла из почки, опухоли, мочеточника, нижней полой вены, брюшной аорты и изготавливалась из гипса и соответствующих красителей. Во время общения с пациентами акцент делался на анатомии, параметрах опухоли и возможных осложнениях. Все три аспекта консультирования были значимо выше при использовании таких пособий [17].

Похожее исследование проведено J.C. Bernhard и соавт. Выполненные из комбинации непрозрачного пурпурного, непрозрачного желтого и прозрачного полимера модели помогали пациентам лучше понимать анатомию почки, локализацию опухоли, а также ход предстоящей операции [18].

N. Wake и соавт., используя полимеры трех цветов для детализации отдельных структур почки, подтверждают пользу печатных моделей в консультировании пациентов с опухолью почки перед предстоящей операцией. Стоит отметить, что некоторые пациенты в данной работе после такого рода консультирования лучше понимали преимущества и недостатки разных вариантов хирургического вмешательства, в связи с чем самостоятельно выбирали предстоящую операцию [19].

H. Lee и соавт. оценили эффективность использования 3D-прототипирования в обучении студентов-медиков. Опухоль была выполнена с использованием красного полимера, в то время как оставшаяся почка из прозрачного материала. При использовании печатных моделей вместе с КТ-изображениями количество правильных ответов касательно анатомии почки и локализации опухоли составило 70% (против 47% при изучении только КТ данных) [20].

Y.S. Kyung и соавт. применяли 3D модели при консультировании пациентов с опухолью почки перед парциальной нефрэктомией. Печать выполнялась с помощью различных по цвету и прозрачности смол для лучшего отображения анатомии почки и опухоли. После общения с врачом все пациенты опрашивались по шкале Ликерта (от 0 до 5), где средний балл удовлетворенности от консультации составил 4,7 [21].

Вышеперечисленные результаты подтверждаются в работе M. Knoedler и соавт. Изготовленная из прозрачного материала почка использовалась в качестве пособия при оценке анатомии почки и опухоли. Каждый испытуемый оценивал клинический случай по шкале R.E.N.A.L. дважды: до и после использования модели. Согласно результатам, данное пособие значимо улучшает стратификацию опухоли почки даже при отсутствии достаточного опыта [22].

F. Porpiglia и соавт. определяли схожесть печатных моделей опухоли почек с опухолью с реальной анатомией и их пользу перед выполнением робот-ассистированной парциальной нефрэктомией. В качестве метода печати было выбрано селективное лазерное спекание тонкой пленки порошка термопластичным полимером. Данный способ не позволяет осуществлять печать с использованием одновременно материалов нескольких цветов, в связи с чем авторы вручную окрашивали опухоль и сосуды почки. Специалисты, включенные в данное исследование, оценили схожесть и полезность предлагаемых моделей на 10 баллов из 10 возможных соответственно [23].

Y. Zhang и соавт. также оценивали реалистичность получаемых моделей, а также их влияние на понимание пациентов при консультировании. Реалистичность модели оценена пациентами в среднем на 7,8 ± 0,7 баллов по 10-бальной шкале. Специалистами реалистичность модели и ее польза в планировании оценена на 7,3 ± 0,5 и 6,0 ± 0,6 баллов соответственно [24].

M. Maddox и соавт. формировали 3D-модель почки для предоперационной тренировки и планирования предстоящей робот-ассистированной радикальной нефрэктомии. Для придания моделям наиболее приближенных к различным структурам почки плотности авторы использовали струйный 3D-принтер с выборочным нанесением фотополимера для создания капсулы почки, с дальнейшим использованием агарозного геля для формирования почечной паренхимы и ЧЛС. Одновременное использование красителей позволяет отдельно обозначать как опухоль, так и сосуды. Несмотря на схожую с реальной картиной модель, в экспериментальной группе удалось лишь значимо снизить объем интраоперационной кровопотери, в то время как другие показатели не различались [25].

Y. Komai и соавт. описывают использование своего запатентованного 3D-моделирования, при котором одновременное использование различных материалов и красителей позволяет с большой точностью отображать компоненты почки, а также формировать предполагаемый край резекции опухоли на расстоянии 2-5 мм. Обладая такой реалистичностью, модель позволяет во время тренировки прогнозировать основные осложнения во время операции, а также возможный вход в ЧЛС при резекции. Используя данный тренажер перед парциальной нефрэктомией, во всех случаях удалось добиться отрицательного хирургического края и избежать формирования мочевого свища [26].

N. Wake и соавт. определяли влияние печатных моделей на изменение выбора оперативного вмешательства, определенного после изучения полученных с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) снимков. В состав таких моделей входила почка, ее сосуды, ЧЛС и проксимальный мочеточник, а также опухоль. Для придания цветовой дифференцировки использовались различные оттенки синего и пурпурного цвета, а сама почка выполнялась с помощью прозрачного фотополимера. Изучая данные 10 различных пациентов, два специалиста поменяли свой выбор в сторону радикальной нефрэктомии у 1 и 2 пациентов соответственно. При выборе открытого или лапароскопического доступа один специалист в одном случае также поменял свой выбор. Выбирая между забрюшинным и транперитонеальным доступом, один уролог поменял свое мнение в 4 случаях, а двое других – в трех [27].

J.L. Silberstein и соавт. использовали печатные модели почек и опухоли для интраоперационной навигации при выполнении парциальной нефрэктомии. Сама почка выполнялась с помощью прозрачной резины, опухоль и сосуды – с добавлением красного красителя. Несмотря на отсутствие контрольной группы, при выполнении таким способом 5 операций урологи были удовлетворены результатом [28].

R.S. Libby и соавт. использовали 3D-печатные модели почек с опухолевым тромбом до уровня печеночных вен во время обсуждения с пациентами планируемой операции. За основу были взяты МРТ снимки с использованием контрастного вещества. В состав таких моделей входили прозрачная почка с розовой опухолью, а также почечная и нижняя полая вены, выполненные с использованием красного красителя. Таким образом пациенты могли держать в руках модели, полностью соответствующие их анатомии, что позволило достичь лучшего понимания как характеристик опухоли и тромба, так и предстоящей радикальной операции. Помимо этого данные модели были продемонстрированы анестезиологам, которые в свою очередь отмечали лучшую подготовку в подборе анестезии [29].

S.M. Monda и соавт. оценивали три типа валидности печатных моделей почек в контексте их реалистичности, пользы в планировании и обучении, а также в способности различать специалистов с учетом их опыта оперирования. Для формирования моделей использовались специальные формы, выполненные из PGA материала, в которые заливалась смесь из двух типов силикона для придания наибольшей реалистичности при манипуляциях. Также в состав получаемых моделей входили сосуды почки и опухоль. В исследование были включены 4 студента, 14 ординаторов, 3 аспиранта и 3 уролога. Так, польза получаемых моделей в приобретении опыта молодыми специалистами оценивалась на 93,8 балла из 100, в то время как для опытных врачей данный показатель равнялся 85,7. Внешняя реалистичность моделей, а также качество имитации во время резекции опухоли и сшивания почки оценивалась на 78,3 балла [30].

G. Fan и соавт. использовали модели для навигации во время проведения лапароскопической парциальной нефрэктомии по поводу эндофитной опухоли. В исследование было включено 5 пациентов. Для печати использовался нейлоновый порошок с добавлением красителей. При сравнении границ опухоли после резекции с моделью отмечено, что расхождение в границах в среднем составило 2 мм. Все включенные специалисты пришли к выводу, что такие модели являются незаменимым подспорьем при хирургии опухоли почки с эндофитным ростом [31].

I. Belenchón и соавт. опубликовали результаты первой фазы мультицентрового клинического исследования, оценивающего эффективность планирования операции по поводу рака почки с опухолевым тромбом. В процессе печати использовался гибкий полиуретановый филамент с соплом 0,4 мм, толщиной слоя 0,2 мм и стенки 0,8 мм, скоростью печати 50 мм/с, активированным охлаждением, сетчатым узором поддержки, расстоянием между опорами 10 мм, углом выступа опоры 50°. В состав модели входили печень, обе почки, опухоль, брюшная аорта и нижняя полая вена и почечные сосуды. Шесть урологов, включенных в работу, оценили эффективность таких моделей на 88% из 100% [32].

A. Golab и соавт. использовали модели для тренировки лапароскопической парциальной нефрэктомии непосредственно перед реальной операцией. Процесс изготовления складывался из двух этапов: после изготовления форм с помощью PLA-пластика они заливались силиконом для формирования почки и опухоли отдельно с дальнейшей фиксацией всех компонентов. Среднее время тренировки резекции было практически идентичным реальным показателям (16 минут против 17 минут). Благодаря такой тренировке одному пациенту удалось выполнить операцию без пережатия сосудистой ножки, в двух остальных случаях время ишемии составляло 7 и 9 минут [33].

C. Jian и соавт. исследовали реализм предоперационного выполнения криоабляции новообразования почки с помощью 3D-печатного тренажера. Оценивалось количество используемых игл, а также глубина и угол их вхождения. В качестве материала при печати использовался нейлоновый порошок. Исходя из результатов такой тренировки подбиралась наиболее оптимальная тактика выполнения криоабляции в реальном времени, что позволило сократить ее длительность [34].

Интересное исследование приведено P. Saba и соавт., в котором описывается процесс создания и использования двухкомпонентного печатного тренажера для забора донорской почки и ее пересадки реципиенту. Донорская печатная почка выполнялась с помощью PLA материала и изготавливалась одновременно с другими структурами (мышцы и клетчатка забрюшинного пространства, брюшная часть аорты, нижняя полая вена и почечные сосуды). Все вышеперечисленные компоненты собирались воедино для точной имитации забора почки. Для имитации кровотечения сосудистое русло почки подвергалось постоянной ирригации. Благодаря такой методике было возможно реализовать все этапы донорской нефрэктомии. Для тренировки анастомозов модель донорской почки пересаживалась в печатную модель полости таза пациентареципиента. Время для выполнения артериального и венозного анастомозов было в среднем 17,9 ± 2,79 и 17,3 ± 2,13 мин., соответственно. Время для выполнения уретероцистоанастомоза составило 15,10 ± 2,35 мин. [35].

Рак предстательной железы

Несмотря на сложную анатомию органов малого таза, трехмерная печать все активнее используется при лечении рака предстательной железы (ПЖ), как для улучшения диагностики, так и для повышения качества хирургических вмешательств.

Таблица 3. Исследования 3D печати при раке предстательной железы
Table 3. Studies of 3D printing in prostate cancer

Описывая процесс создания разборных моделей ПЖ с использованием мультикомпонентного материала с полиамидной основой, R. Javan и соавт. подчеркивают предполагаемую пользу таких макетов в консультировании пациентов, обучении молодых специалистов и студентов, а также в междисциплинарном обсуждении конкретных пациентов [36].

H.H. Wu и соавт. в своем исследовании изучали эффективность индивидуальной печатной формы и МРТ удаленной ПЖ для локализации в ней новообразований. Сразу после робот-ассистированной радикальной простатэктомии, удаленный орган помещался в форму и подвергался МРТ 3тесла-исследованию, а затем возвращался для гистологического изучения. Предлагаемая система, объединяющая результаты in vivo, ex vivo и гистологического изучения ПЖ позволяет конкретизировать локализацию патологических очагов с точностью до 1-2 мм [37].

Y. Wang и соавт. использовали печатные модели ПЖ при при трансуретральном ультразвуковом исследовании (ТРУЗИ) для лучшего обнаружения патологического новообразования. Шестнадцати отобранным пациентам выполнена мультипараметрическая МРТ (мпМРТ) с последующим использованием полученных изображений для трехмерной печати. В качестве основного материала использовалась прозрачная смола. При выполнении биопсии ПЖ под контролем ТРУЗИ использовался стандартный протокол (забор материала из 12 точек), а также выполнялось дополнительно 2-3 пункции в соответствии с результатами мпМРТ. При использовании стандартного протокола частота обнаружения опухоли составила 22,4%, в то время как добавление таргетной биопсии с печатной моделью в руках увеличило этот показатель до 46,2% [38].

P. Chandak и соавт. опубликовали результаты второй фазы исследования IDEAL, в котором оценивалась польза 3D моделей во время робот-ассистированной радикальной простатэктомии (РАРП). Все операции в рамках данной работы выполнялись одним урологом, который брал модели в операционную для их изучения перед некоторыми этапами операции, что позволило более уверенно выполнять нервосбережение. Для печати использовался прозрачный фотополимер, что позволяло урологу при изучении моделей воспроизводить в памяти основные параметры опухоли. Несмотря на клиническую пользу, данный материал плохо передает эластичность паренхимы ПЖ, а процесс создания модели является затратным. Мультицентровое контролируемое исследование TIGERS планируется авторами для использования других материалов с целью уменьшения вышеперечисленных недостатков [39].

W. Jomoto и соавт. описывают опыт использования хирургической системы навигации с использованием магнитно-резонансной ангиографии и 3D-печатных моделей ПЖ во время РАРП. Согласно выводам исследователей, данная система полезна для определения окружающих ПЖ структур во время операции [40].

J. Ebbing и соавт. оценивали пользу 3D печати в правильной интерпретации МРТ снимков специалистами с разным уровнем опыта, а также сравнивали результаты между группами. В группе опытных врачей разница в точности диагностики с использованием моделей или без них была незначимой. Сравнение правильности результатов интерпретации 2D МРТ снимков между молодыми и опытными специалистами установило разницу в 49%, в то время как добавление печатных моделей сократило данный показатель до 17%, что подчеркивает возможность трехмерной печати возмещать недостаточность опыта и ускорять кривую обучения молодых специалистов [41].

Являясь основным методом скрининга заболеваний ПЖ, пальцевое ректальное исследование также требует наличия определенного опыта для его правильного выполнения и интерпретации. J. DeZeeuw и соавт. предлагают печатный силиконовый тренажер в виде малого таза с возможностью его разбора и помещения различных по размеру, контуру и плотности моделей ПЖ. Для достижения необходимых свойств печать моделей ПЖ выполнялась с использованием полигликоливой кислоты и силикона. При оценке предлагаемого тренажера опытные специалисты отметили его пригодность для тренировки студентов и ординаторов [42].

C. Darr и соавт. оценивали модели ПЖ с опухолью в качестве подспорья в интраоперационной навигации и гистологического исследования замороженных срезов. Десять пациентов с раком ПЖ pT3 стадии были включены в данное исследование. Данные из мпМРТ использовались для формирования трехмерных моделей с применением смолы в качестве материала. Система PIRADS v2.0 использовалась для сравнения МРТ снимков, печатных моделей и гистологической картины. Во всех случаях локализация новообразования среднего и высокого риска значимо коррелировала при использовании всех вышеперечисленных модальностей. Более того, значимая корреляция наблюдалась в рамках ширины, длины и объема опухоли между печатными моделями и гистологическим заключением [43].

Радикальная простатэктомия является трудоемким вмешательством, требующим наличия достаточного опыта у хирурга не только в удалении органа, но также и в формировании цистоуретроанастомоза. N.C. Wong и соавт. предлагают печатный тренажер формирования анастомоза между мочевым пузырем и уретрой. Оба компонента выполнялись из смеси латекса и силикона, а также специального полимера для придания тренажеру наиболее приближенных к данным органам свойств эластичности и упругости. Авторы отмечают пользу данного решения для обеспечения молодым специалистам необходимого опыта перед самостоятельным выполнением данного этапа [44].

ОБСУЖДЕНИЕ

С момента своего появления в 80-х годах 3D-печать в настоящее время активно используется во многих отраслях медицины. Точное соответствие всем анатомическим особенностям позволяет печатным моделям более детально передавать особенности патологии и предстоящей операции пациентам, а также обеспечивает лучшую предоперационную подготовку врачей. Благодаря таким возможностям трехмерная печать становится неотъемлемой частью дальнейшего развития персонализированной медицины, позволяя лучше адаптировать весь период лечения конкретного пациента. От протезов до хирургических инструментов – потенциально безграничное количество сложных и настраиваемых устройств может быть создано с помощью технологии 3D-печати. Поскольку ее стоимость снижается, а применение этой технологии в медицине продолжает расширяться, использование 3D-принтеров в хирургических центрах будет становиться все более востребованным. Медицинская визуализация и 3D-печать становятся все более интегрированными.

Трехмерные модели будут использоваться для обучения стажеров и руководства хирургами во время операций. Одноразовые хирургические материалы можно будет изготовить на 3D-принтерах перед операцией, что позволит избежать затрат на стерилизацию, транспортировку и хранение. Наконец, 3D-модели, напечатанные с использованием данных, полученных с помощью методов послеоперационной визуализации, могут использоваться для консультирования пациентов и членов их семей по поводу предстоящего хирургического вмешательства, облегчая им принятие решения относительно выбора метода лечения. Хотя 3D-печать открывает большие перспективы для персонализированного здравоохранения, технология все еще находится на начальной стадии своего развития. Прежде чем многие потенциальные области применения 3D-печати станут реальностью в мире персонализированной медицины, необходимо преодолеть несколько проблем. Во-первых, процесс создания STL файлов требует больших затрат времени. Во-вторых, создание высокоточных анатомических моделей или индивидуальных хирургических устройств может потребовать значительных человеческих усилий и поддержки высококвалифицированных дизайнеров. В-третьих, современные 3D-принтеры обладают невысокой скоростью печати, а их применение ограничено стоимостью и типом материала, на которым они способны печатать.

ВЫВОДЫ

Трехмерная печать – перспективное и востребованное направление, которое позволяет передавать пациентам простым и понятным языком всю необходимую информацию касательно заболевания и необходимого лечения при любой урологической патологии. Точное соответствие печатных моделей анатомии пациента позволяет лучше спланировать операцию даже при наличии трехмерных КТ или МРТ изображений, а возможность держать их в руках во время операции обеспечивает урологов навигацией даже в самых тяжелых ситуациях.

ЛИТЕРАТУРА

1. Schubert C, Van Langeveld MC, Donoso LA. Innovations in 3D printing: A 3D overview from optics to organs. Br J Ophthalmol 2014;98(2):159–61. https://doi.org/10.1136/bjophthalmol-2013-304446.

2. Hull CW. Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography. Google Patents 1986.

3. Favorito LA. Kidney anatomy: Three dimensional (3D) printed pelvicalyceal system models of the collector system improve the diagnosis and treatment of stone disease. International Braz J Urol 2017;(43):381–382. https://doi.org/10.1590/S1677-5538.IBJU.2017.03.01.

4. Atalay HA, Canat HL, Ülker V, Alkan I, Özkuvanci Ü, Altunrende F. Impact of personalized three-dimensional (3D) printed pelvicalyceal system models on patient information in percutaneous nephrolithotripsy surgery: a pilot study. Int Braz J Urol 2017;43(3):470–475. https://doi.org/10.1590/S1677-5538.IBJU.2016.0441.

5. Guliev B, Komyakov B, Talyshinskii A. The use of the three-dimensional printed segmented collapsible model of the pelvicalyceal system to improve residents’ learning curve. Turkish J Urol 2020;46(3):226–230. https://doi.org/10.5152/tud.2019.19161.

6. Xu Y, Yuan Y, Cai Y, Li X, Wan S, Xu G. Use 3D printing technology to enhance stone free rate in single tract percutaneous nephrolithotomy for the treatment of staghorn stones. Urolithiasis 2019;48(6):509-516. https://doi.org/10.1007/s00240-019-01164-8.

7. Christiansen AR, Shorti RM, Smith CD, Prows WC, Bishoff JT. Intraoperative utilization of advanced imaging modalities in a complex kidney stone case: a pilot case study. World J Urol 2018;36(5):733–743. https://doi.org/10.1007/s00345-018-2260-4.

8. Kuroda S, Kawahara T, Teranishi J, Mochizuki T, Ito H, Uemura H. A case of allograft ureteral stone successfully treated with antegrade ureteroscopic lithotripsy: use of a 3D-printed model to determine the ideal approach. Urolithiasis 2019;47(5):467–471. https://doi.org/10.1007/s00240-019-01153-x.

9. Ghazi A, Campbell T, Melnyk R, Feng C, Andrusco A, Stone J, et al. Validation of a full-immersion simulation platform for percutaneous nephrolithotomy using three-dimensional printing technology. J Endourol 2017;31(12):1314–1320. https://doi.org/10.1089/end.2017.0366.

10. Li D, Suarez-Ibarrola R, Choi E, Jeong M, Gratzke C, Miernik A, et al. Soft phantom for the training of renal calculi diagnostics and lithotripsy. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society 2019:3716–3719. https://doi.org/10.1109/EMBC.2019.8856426.

11. Turney BW. A new model with an anatomically accurate human renal collecting system for training in fluoroscopy-guided percutaneous nephrolithotomy access. J Endourol 2014;28(3):360–363. https://doi.org/10.1089/end.2013.0616.

12. Aro T, Lim S, Petrisor D, Koo K, Matlaga B, Stoianovici D. Personalized renal collecting system mockup for procedural training under ultrasound guidance. J Endourol 2020;34(5):619–623. https://doi.org/10.1089/end.2019.0735.

13. Golab A, Smektala T, Krolikowski M, Slojewski M. Percutaneous nephrolithotomy using an individual 3-dimensionally printed surgical guide. Urol Int 2018;100(4):485–7. https://doi.org/10.1159/000446291.

14. Аляев Ю.Г., Сирота Е.С., Безруков Е.А., Али С.Х., Букатов М.Д., Летуновский А.В., Бядретдинов И.Ш. Небиологический 3D-печатный тренажер для освоения чрескожной нефролитотрипсии. Урология 2018;(1);10-14. [Alyaev Yu.G., Sirota E.S., Bezrukov E.A., Ali S.H., Bukatov M.D., Letunovskiy A.V., Byadretdinov I.Sh. [Non-biological 3D printed trainer for mastering percutaneous nephrolithotripsy. Urologiya = Urologiai 2018;(1);10-14. (In Russian)] https://doi.org/https://dx.doi.org/10.18565/urology.2018.1.10-14.]

15. Гаджиев Н.К., Бритов В.П., Григорьев В.Е., Мазуренко Д.А., Малхасян В.А., Писарев А.В. c соавт. Создание аутентичной модели чашечно-лоханочной системы почки пациентов для тренировки доступа при перкутанной нефролитотомии при сложных формах камней почек. Экспериментальная и клиническая урология 2017;(2):52-56. [Gadzhiev N.K., Britov V.P., Grigorev V.E., Mazurenko D.A., Malhasyan V.A., Pisarev A.V. et al. Creation of an authentic model of the renal pyelocaliceal system of patients for training access for percutaneous nephrolithotomy for complex forms of kidney stones. Eksperimentalnaya i klinicheskaya urologiya = Experimental and clinical urology 2017;(2):52-56. (In Russian)].

16. Schmit C, Matsumoto J, Yost K, Alexander A, Ness L, Kurup AN, et al. Impact of a 3D printed model on patients’ understanding of renal cryoablation: a prospective pilot study. Abdom Radiol 2019;44(1):304–309. https://doi.org/10.1007/s00261-018-1710-1.

17. Teishima J, Takayama Y, Iwaguro S, Hayashi T, Inoue S, Hieda K, et al. Usefulness of personalized three-dimensional printed model on the satisfaction of preoperative education for patients undergoing robot-assisted partial nephrectomy and their families. Int Urol Nephrol 2018;50(6):1061–1066. https://doi.org/10.1007/s11255-018-1881-2.

18. Bernhard JC, Isotani S, Matsugasumi T, Duddalwar V, Hung AJ, Suer E, et al. Personalized 3D printed model of kidney and tumor anatomy: a useful tool for patient education. World J Urol 2016;34(3):337–345. https://doi.org/10.1007/s00345-015-1632-2.

19. Wake N, Rosenkrantz AB, Huang R, Park KU, Wysock JS, Taneja SS, et al. Patient-specific 3D printed and augmented reality kidney and prostate cancer models: impact on patient education. 3D Print Med 2019;5(1):40-48. https://doi.org/10.1186/s41205-019-0041-3.

20. Lee H, Nguyen NH, Hwang S Il, Lee HJ, Hong SK, Byun SS. Personalized 3D kidney model produced by rapid prototyping method and its usefulness in clinical applications. Int Braz J Urol 2018;44(5):952–957. https://doi.org/10.1590/S1677-5538.IBJU.2018.0162.

21. Kyung YS, Kim N, Jeong IG, Hong JH, Kim CS. Application of 3-D printed kidney model in partial nephrectomy for predicting surgical outcomes: a feasibility study. Clin Genitourin Cancer 2019;17(5):878–884. https://doi.org/ 10.1016/j.clgc.2019.05.024.

22. Knoedler M, Feibus AH, Lange A, Maddox MM, Ledet E, Thomas R, et al. Individualized physical 3-dimensional kidney tumor models constructed from 3-dimensional printers result in improved trainee anatomic understanding. Urology 2015;85(6):1257–1262. https://doi.org/10.1016/j.urology.2015.02.053.

23. Porpiglia F, Bertolo R, Checcucci E, Amparore D, Autorino R, Dasgupta P, et al. Development and validation of 3D printed virtual models for robot-assisted radical prostatectomy and partial nephrectomy: urologists’ and patients’ perception. World J Urol 2018;36(2):201–207. https://doi.org/10.1007/s00345-017-2126-1.

24. Zhang Y, Ge H Wei, Li N Chen, Yu C Fan, Guo H Feng, Jin S Hua, et al. Evaluation of three-dimensional printing for laparoscopic partial nephrectomy of renal tumors: a preliminary report. World J Urol 2016;34(4):533–537. https://doi.org/10.1007/s00345-015-1530-7.

25. Maddox MM, Feibus A, Liu J, Wang J, Thomas R, Silberstein JL. 3D-printed soft-tissue physical models of renal malignancies for individualized surgical simulation: a feasibility study. J Robot Surg 2018;12(1):27–33. https://doi.org/10.1007/s11701-017-0680-6.

26. Komai Y, Sugimoto M, Gotohda N, Matsubara N, Kobayashi T, Sakai Y, et al. Patient-specific 3-dimensional printed kidney designed for 4d surgical navigation: a novel aid to facilitate minimally invasive off-clamp partial nephrectomy in complex tumor cases. Urology 2016;91:226–233. https://doi.org/ 10.1016/j.urology.2015.11.060.

27. Wake N, Rude T, Kang SK, Stifelman MD, Borin JF, Sodickson DK, et al. 3D printed renal cancer models derived from MRI data: application in pre-surgical planning. Abdom Radiol 2017;42(5):1501–1509. https://doi.org/10.1007/s00261-016-1022-2.

28. Silberstein JL, Maddox MM, Dorsey P, Feibus A, Thomas R, Lee BR. Physical models of renal malignancies using standard cross-sectional imaging and 3-dimensional printers: a pilot study. Urology 2014;84(2):268–273. https://doi.org/10.1016/j.urology.2014.03.042.

29. Libby RS, Silberstein JL. Physical model of clear-cell renal carcinoma with inferior vena cava extension created from a 3-dimensional printer to aid in surgical resection: a case report. Clin Genitourin Cancer 2017;15(5):867–869. https://doi.org/10.1016/j.clgc.2017.04.025.

30. Monda SM, Weese JR, Anderson BG, Vetter JM, Venkatesh R, Du K, et al. Development and validity of a silicone renal tumor model for robotic partial nephrectomy training. Urology 2018;114:114–120. https://doi.org/ 10.1016/j.urology.2018.01.030.

31. Fan G, Li J, Li M, Ye M, Pei X, Li F, et al. Three-dimensional physical model-assisted planning and navigation for laparoscopic partial nephrectomy in patients with endophytic renal tumors. Sci Rep 2018;8(1):103-109. https://doi.org/ 10.1038/s41598-017-19056-5.

32. Belenchón I, Ruíz CB, Ciriza G, Dos Santos GV, Rivas González JA, García C, et al. How to obtain a 3D printed model of renal cell carcinoma (RCC) with venous tumor thrombus extension (VTE) for surgical simulation (phase I NCT03738488). Updates Surg 2020;72(4):1237-1246. https://doi.org/10.1007/s13304-020-00806-6.

33. Golab A, Smektala T, Kaczmarek K, Stamirowski R, Hrab M, Slojewski M. Laparoscopic Partial Nephrectomy Supported by Training Involving Personalized Silicone Replica Poured in Three-Dimensional Printed Casting Mold. J Laparoendosc Adv Surg Tech 2017;27(4):420–422. DOI: 10.1089/lap.2016.0596.

34. Jian C, Shuai Z, Mingji Y, Kan L, Zhizhong L, Weiqing H, et al. Evaluation of three-dimensional printing assisted laparoscopic cryoablation of small renal tumors: a preliminary report. Urol J 2020;3:42-47. https://doi.org/ 10.22037/uj.v0i0.5541.

35. Saba P, Belfast E, Melnyk R, Patel A, Kashyap R, Ghazi A. Development of a high-fidelity robot-assisted kidney transplant simulation platform using three-dimensional printing and hydrogel casting technologies. J Endourol 2020;34(10):1088–1094. https://doi.org/10.1089/end.2020.0441.

36. Javan R, Herrin D, Tangestanipoor A. Understanding spatially complex segmental and branch anatomy using 3D printing: liver, lung, prostate, coronary arteries, and circle of Willis. Acad Radiol 2016;23(9):1183–1189. https://doi.org/10.1016/j.acra.2016.04.010.

37. Wu HH, Priester A, Khoshnoodi P, Zhang Z, Shakeri S, Afshari Mirak S, et al. A system using patient-specific 3D-printed molds to spatially align in vivo MRI with ex vivo MRI and whole-mount histopathology for prostate cancer research. J Magn Reson Imaging 2019;49(1):270–279. https://doi.org/10.1002/jmri.26189.

38. Wang Y, Gao X, Yang Q, Wang H, Shi T, Chang Y, et al. Three-dimensional printing technique assisted cognitive fusion in targeted prostate biopsy. Asian J Urol 2015;2(4):214–219. https://doi.org/10.1016/j.ajur.2015.09.002.

39. Chandak P, Byrne N, Lynch H, Allen C, Rottenberg G, Chandra A, et al. Threedimensional printing in robot-assisted radical prostatectomy – an Idea, Development, Exploration, Assessment, Long-term follow-up (IDEAL) Phase 2a study. BJU Int 2018;122(3):360–361. https://doi.org/10.1111/bju.14189.

40. Jomoto W, Tanooka M, Doi H, Kikuchi K, Mitsuie C, Yamada Y, et al. Development of a three-dimensional surgical navigation system with magnetic resonance angiography and a three-dimensional printer for robot-assisted radical prostatectomy. Cureus 2018;10(1):7-11. https://doi.org/10.7759/cureus.2018.

41. Ebbing J, Jäderling F, Collins JW, Akre O, Carlsson S, Höijer J, et al. Comparison of 3D printed prostate models with standard radiological information to aid understanding of the precise location of prostate cancer: A construct validation study. PLoS One 2018;13(6)... https://doi.org/10.1371/journal.pone.0199477.

42. DeZeeuw J, O’Regan NB, Goudie C, Organ M, Dubrowski A. Anatomical 3D-Printed silicone prostate gland models and rectal examination task trainer for the training of medical residents and undergraduate medical students. Cureus 2020;12(7)... https://doi.org/10.7759/cureus.9020.

43. Darr C, Finis F, Wiesenfarth M, Giganti F, Tschirdewahn S, Krafft U, et al. Threedimensional magnetic resonance imaging–based printed models of prostate anatomy and targeted biopsy-proven index tumor to facilitate patient-tailored radical prostatectomy—a feasibility study. Eur Urol Oncol 2020. Epub ahead of print. https://doi.org/10.1016/j.euo.2020.08.004.

44. Wong NC, Hoogenes J, Guo Y, Quantz MA, Matsumoto ED. Techniques: Utility of a 3D printed bladder model for teaching minimally invasive urethrovesical anastomosis. Can Urol Assoc J 2017;11(7):321–322. https://doi.org/10.5489/cuaj.4262.