3D-принтинг в урологии как тренд персонализированной медицины

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-печатидля хирургического планирования, консультированияуроло-гических 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,использование3D моделей дляобученияпациентов 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 анатомиичашечно-лоханоч-ной системы (ЧЛС)и правильно выполненный доступ яв-ляютсянеотъемлемой частью лечения [3]. Компьютерная томография относится к современным методам диагностики нефролитиаза. Бурное развитие технологии и использование контрастного вещества позволяют рекон- струировать 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 является3D 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).

H.A. Atalay и соавт. изучили пользу печатных моделей при консультировании пациентов, которымпоказано 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 автостереоскопи-ческое, computeraided 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)являютсяценными припроведенииподобных вмешательств,снижая темсамым необходимость печати [7].

Интересное исследование приведено S. Kuroda и соавт. Авторы предлагаюттрехмерную печать трансплантируемой почки для тренировки антеградной уретеро-скопии 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 пункциючерез 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

Таблица 1. Исследования по 3Д-печати при мочекаменной болезни

Table 1. Studies on 3D printing for urolithiasis

Автор Author Направление 3D печати Aim of 3D-printing use Результат Results Стоимость и длительность печати Cost and duration of printing H.A. Atalay и соавт. [4] Консультирование пациентов Patients consulting Улучшение понимания пациентами анатомии почек, положение камней, планируемого хирургического вмешательства Improvement of understanding by patients kidneys’ anatomy, stones’ location and planned surgery 100 $/ 2 часа 100 $/ 2 hours B. Guliev и соавт. [5] Обучение ординаторов Studying of residents Улучшение понимания ординаторами анатомии полостной системы почек Improvement of understanding by residents the anatomy of collecting system of kidney 150 $/12 часов 150 $/12 hours Y. Xu и соавт. [6] Моделирование in vitro для помощи в выборе наиболее оптимальной чашечки для пункции Modeling in vitro for choosing the optimal calyx for puncture Оптимизация тактики вмешательства на основе предоперационной тренировки пункции через разные чашечные группы Optimizing the surgery on the basis of preliminary training of access through differ=ent calyxes – A.R. Cristiancen и соавт. [7] Сравнение печати с различными режимами трехмерной визуализации Comparing 3D-printing with different regimes of 3D visualisation 3D-печать не имеет преимуществ при планировании над другими методами визуализации 3D-printing has no advantages compared with another visualization methods – S. Kuroda и соавт. [8] Моделирование антеградной уретероскопии на трансплантированной почке Modeling the antegrade ureteroscopy on transplantated kidney Улучшение безопасности и эффективности антеградной уретероскопиии трансплантированной почки Improving the safety and efficacy of antegrade ureteroscopy and kidney transplants – A. Ghazi и соавт. [9] Оценка валидности небиологического тренажера ПНЛ Assessment of neurobiological trainer of PCNL validity Реалистичность = 4,5 / 5,0 баллов Польза для тренировки = 4,6 / 5,0 баллов Realistic = 4.5 / 5.0 points Use for training = 4.6 / 5.0 points – D. Li и соавт. [10] Создание силиконовой модели для тренировки РИРХ Creating a silicone model for RIRS training Положительная оценка экспертов касательно пользы в планировании и тренировке Positive assessment of experts regarding t he benefits of planning and training – B.W. Turney и соавт. [11] Создание тренажера для выполнения пункции под рентген-наведением Creating a simulator for puncture under X-ray guidance training Положительная оценка тренажера при использовании на национальном учебном курсе Positive evaluation of the simulator when used on a national training course $100/1–2 часа $100/1–2 hours T. Aro и соавт. [12] Создание бюджетного тренажера пункции почки Creating a budget simulator for kidney puncture Возможность обучения пункции почки как под УЗИ, так и под рентген-контролем Creating an affordable simulator for kidney puncture training both under ultrasound and X-ray control $38/ 2-3 дня $38/ 2-3 days A.Golab и соавт. [13] Cозданиe направляющих силиконовых форм для пункции почки Creating of silicone guide molds for kidney puncture Снижение длительности пункционного этапа и риска повреждения смежных органов Reducing the duration of the puncture and the risk of damage of adjacent organs €100/ 8 часов €100/ 8 hours Ю. Аляев и соавт. [14] Yu. Alyaev et al. [14] Разработка тренажера для обучения и предоперационного тренинга пункции почки Development of a simulator for learning and preoperative training of kidney puncture Разработанный тренажер является перспективной разработкой в области эндоурологического обучения The developed simulator is a promising development in the field of endourological training –/– Н. Гаджиев и соавт. [15] N. Gadzhiyev et al. [15] Создание тренажера для выполнения пункции под рентген-наведением Creating a simulator for performing a puncture under X-ray guidance При обучении и тренировках каждая модель может быть использована многократно (20-30 пункций) благодаря устойчивости материала During learning and training, each model can be used repeatedly (for 20-30 punctures) due to the stability of the material 6000 руб. / 2-4 часа 6000 rub. / 2-4 hours операции. В качестве материала были использованы гидрогели поливинилового спирта. Были смоделированы все этапы ПНЛ,включая чрескожный доступ, нефроско-пию 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, чтопозволяло 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 гольмиевымлазе-ром. Согласно результатам данного исследования, спе-циалистывысоко 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 наперечисленные 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 акрилонитрилбута-диенстирола (АБС) с дальнейшей ее фиксацией в форме для заливки желатина. После затвердевания последней порции желатина, орошение раствором лимонной кис- лоты 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 важнымпреимуще-ством 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 рискипо-вреждения 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 3D-печатной мягкой модели почки с воспроизведенной ин-траренальной сосудистой и собирательной системами и напечатанной с помощью 3D-принтера модели туловища человека. На данном 3D-тренажере в условиях рентгеноперационной под ультразвуковым ирентгено-логическим 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

Трехмернаяпечать нашла свое место и в онкологии. Возможность создания3D 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 экспериментальная и клиническая урология № 3 2021

Таблица 2. Исследования 3D печати при раке почки

Table 2. Studies of 3D printing in renal cancer

Авторы Authors	Цель 3D печати Aim of 3D-printing use	Результат Results	Стоимость и длительность печати Cost and duration of printing
B. Guliev и соавт. (5)	Обучение ординаторов Studying of residents	Улучшение понимания ординаторами анатомии полостной системы почек Improvement of understanding by residents the anatomy of collecting system of kidney	150 $/12 часов 150 $/12 hours
J. Teishima и соавт. (17)	Консультирование пациентов перед робот-ассистированной парциальной нефрэктомией. Patients consulting before robot-assisted partial nephrectomy	Значимое улучшение понимания анатомии почки и опухоли Significant improvement of patients’ understanding of kidney and tumor anatomy	–
J.C. Bernhard и соавт. (18)	Консультирование пациентов перед робот-ассистированной парциальной нефрэктомией Patients’ consulting before robot-assisted partial nephrectomy	Улучшение понимания анатомии почки и опухоли, а также планируемой операции Improvement of patients’ understanding of kidney and tumor anatomy and planned surgery	$560 / -
N. Wake и соавт. (19)	Консультирование пациентов перед робот-ассистированной парциальной нефрэктомией Patients’ consulting before of robot-assisted partial nephrectomy	Улучшение понимания пациентами размеров опухоли, ее локализации, планируемой операции Improvement of patients’ understanding of tumor size and localization and planned surgery	–
H. Lee и соавт. (20)	Обучение студентов-медиков Medical students training	Улучшение понимания локализации опухоли в сравнении с использованием только КТ- снимков Improvement of students’ understanding of tumor localization compared with only CT data using	$650/-
Y.S. Kyung и соавт. (21)	Консультирование пациентов перед парциальной нефрэктомией Patients’ consulting before partial nephrectomy	Общее удовлетворение от общения с урологом, 4.7 по 5-бальной шкале Global patients’ satisfaction from consulting (4.7 on a 5-point scale)	$600/5 дней $600/5 days
M. Knoedler и соавт. (22)	Улучшение классифицирования опухоли почки по шкале R.E.N.A.L. молодыми специалистами Improvement of tumors’ classification by young specialists using a R.E.N.A.L. scale	Улучшение результатов по сравнению с использованием только КТ-снимков Improvement the results compared with only CT data using	–
F. Porpiglia и соавт. (23)	Оценка схожести с реальной анатомией и печатных моделей почек с опухолью Assessment of similarity of printed kidneys and tumor models with real anatomy	Оценка экспертами на 9/10 баллов Experts’ rating of 9/10 points	–
Y. Zhang и соавт. (24)	Оценка реалистичности трехмерных печатных моделей почки с опухолью и пользы в планировании парциальной нефрэктомии Evaluation of the realism of three-dimensional printed models of a kidney with a tumor and the benefits in planning partial nephrectomy	Реалистичность=7,3±0,5 Польза в планировании = 6,0±0,6 (по 10 бальной шкале) Realistic=7,3 ± 0,5 Benefit in planning = 6,0± 0,6 (on a 10-point scale)	$150/3-4 дня $150/3-4 days
M.M. Maddox и соавт. (25)	Тренировка робот-ассистированной парциальной нефрэктомии Training of robot-assisted partial nephrectomy	Значимое снижение объема кровопотери Significant reduction in blood loss	–
Y.Komai и соавт. (26)	Улучшение планирования парциальной нефрэктомии Improving the planning of partial nephrectomy	Возможность прогнозировать край резекции с точностью до 2-5 мм The ability to predict the resection edge with an accuracy of 2-5 mm	$450-$680/3- 9 дней $450-$680/3- 9 days
N. Wake и соавт. (27)	Влияние печатных моделей на изменение выбора оперативного вмешательства при опухоли почки The influence of printed models on the change in the choice of surgical intervention for kidney tumors	Два специалиста поменяли свой выбор в сторону радикальной нефрэктомии в 1 и 2 случаях, соответственно Two specialists changed their choice towards radical nephrectomy in 1 and 2 cases, respectively	$1000/10 часов $1000/10 hours
H. Silberstein и соавт.(28)	Навигация во время парциальной нефрэктомии Navigation during partial nephrectomy	Положительная оценка экспертов (4-5/5) Positive assessment by experts (4-5/5)	–
Y.S. Libby и соавт. (29)	Консультирование и предоперационное планирование нефрэктомии с опухолевым тромбом Consultation and preoperative planning of nephrectomy with a tumor thrombus	Улучшение понимания пациентами Улучшение планирования операции Improving patient understanding Improved operation planning	– В

Авторы Authors Цель 3D печати Aim of 3D-printing use Результат Results Стоимость и длительность печати Cost and duration of printing S.M. Monda и соавт. [30] Оценка реалистичности моделей и их пользы в планировании операции Evaluation of the realism of the models and their use in the planning of the operation Польза при планировании = 85,7/100 Реалистичность моделей = 78,3/100 Planning benefits = 85.7/100 Realistic models = 78.3/100 $260/- для формы $3.90/2 часа для заливки одной модели $260/- for one form making $3.90/2 hours for one model making G. Fan и соавт. [31] Навигация при лапароскопической парциальной нефрэктомии эндофитных опухолей Navigation in laparoscopic partial nephrectomy of endophytic tumors Использована у 5 пациентов. Модель полезна особенно при хирургии опухоли почки с эндофитным ростом. Used in 5 patients. The model is particularly useful in the surgery of endophytic growth kidney tumors. – I. Belenchon и соавт. [32] Первая фаза мультицентрового клинического исследования эффективности моделей для планирования операции по поводу рака почки с опухолевым тромбом Navigation in laparoscopic partial nephrectomy of endophytic tumors is the first phase of a multicenter clinical study of the effectiveness of models for planning surgery for kidney cancer with a tumor thrombus 6 специалистов оценили эффективность на 88% из 100% Six specialists rated the efficiency at 88% out of 100% €33.4/39 часов €33.4/39 hours A.Golab и соавт. [33] Тренажер лапароскопической парциальной нефрэктомии Laparoscopic partial nephrectomy simulator Благодаря такой тренировке одному пациенту удалось выполнить операцию без пережатия сосудистой ножки Thanks to this training, one patient managed to perform the operation without squeezing the vascular pedicle €100/7-8 часов €33.4/39 hours C. Jian и соавт. [34] Предоперационная тренировка криоабляции новообразрований почек Preoperative training the cryoablation of kidney neoplasms Улучшение планирования предстоящей операции Improving the planning of the upcoming operation -/- P.Saba и соавт. [35] Создание двухкомпонентного тренажера для имитации забора донорской почки и ее пересадки реципиенту Creation of a two-component simulator for simulating the collection of a donor kidney and its transplantation to the recipient Достижение адекватного времени выполнения всех этапов Achieving adequate execution time for all stages $95/8 часов $95/8 hours локализации опухоли, ее васкуляризации и близости к ЧЛС необходимодлявыбора наиболее оправданного вмешательства.

• 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-ассистирован-ной 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 прозрачногополимера 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 печатныхмоделейвместе 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 значимоулучшает стратификацию опухоли почки даже при отсутствии достаточного опыта [22].

• F . Porpiglia и соавт. определяли схожесть печатныхмо-делей опухоли почек с опухолью с реальной анатомией и их пользу передвыполнением робот-ассистированной парциальной нефрэктомией. В качестве метода печати было выбрано селективноелазерное спекание тонкой пленки порошка термопластичным полимером. Данный способ не позволяет осуществлять печать сиспользованием одновременно материалов нескольких цветов,в связи с чем авторы вручную окрашивали опухоль и сосуды почки. Специалисты, включенные вданное 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 синегоипурпурного 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 доуровняпеченочных 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. Такжев состав получаемых моделей входили сосуды почки и опухоль. В исследование были включены 4 студента, 14 ординаторов, 3 аспиранта и 3 уролога. Так польза получаемых моделейв приобретении опыта молодыми специалистами оценивалась на 93,8 балла из 100, в то время как для опытныхврачейданный показатель равнялся 85,7. Внешняяреалистичность моделей, а также качество имитации во время резекции опухоли и сшивания почки оценивалась на 78,3 балла [30].

G. Fan исоавт. использовалимоделидля навигации во время проведения лапароскопической парциальной нефрэктомии по поводу эндофитной опухоли. В исследование было включено 5пациентов.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 фазымультицентрового клинического исследования оценивающего эффективность планирования операции по поводурака 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 эффективностьтаких моделей на 88% из 100% [32].

A.Golab и соавт. использовали моделидлятренировки лапароскопической парциальной нефрэктомии непосредственно перед реальной операцией. Процесс изготовления складывалсяиз двухэтапов: 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 помощью3D-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 тре-нировкиподбиралась наиболее оптимальнаятактика 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 клетчатказабрюшинного 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. Длятренировки анастомозов модель донорской почки пересаживалась в печатную модель полости таза пациента-реципиента. 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.

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 помещалсяв форму и под-вергалсяМРТ 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 протоколачастота 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 ра-дикальнойпростатэктомии (РАРП). Все операции врам-ках 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 сразнымуровнем 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 уста-

  Таблица 3. Исследования 3D печати при раке предстательной железы

  Table 3. Studies of 3D printing in prostate cancer

  Авторы Authors	Цель 3D печати Aim of 3D-printing use	Результат Results	Стоимость и длительность печати Cost and duration of printing
  R. Javan и соавт. [36]	Печать разборной модели предстательной железы (ПЖ) Printing of a collapsible prostate model	Наглядное пособие для обучения молодых специалистов и для консультирования пациентов Visual aid for training young specialists and for patients’ consulting	$40-100/ 10-14 дней $40-100/ 10-14 days
  H.H. Wu и соавт. [37]	Разработка печатных форм для ex vivo МРТ оценки удаленной ПЖ Development of printed forms for ex vivo MRI evaluation of the removed prostate	Верное определение границ новообразования с погрешностью 1–2 мм Correct determination of the boundaries of the neoplasm with an error of 1-2 mm	–
  Y. Wang и соавт. [38]	Улучшение выполнения ТРУЗИ Improving of TRUS	Верное определение опухоли в 46,2% случаях Correct determination of the tumor in 46.2% of cases	–
  P. Chandak и соавт. [39]	2-я фаза клинического исследования IDEAL использования печатных моделей перед РАРП Phase 2 of the IDEAL clinical trial of using printed models before RARP	Планирование мультицентрового TIGERS исследования Planning a multicenter TIGERS study	£250/-
  W. Jomoto и соавт. [40]	Разработка хирургической системы навигации МРТ+ печатные модели Development of a surgical navigation system MRI+ printed models	Улучшение определения отдельных структур малого таза Improving the definition of individual pelvic structures	-/-
  J. Ebbing и соавт. [41]	Улучшение понимания анатомии и локализации рака ПЖ студентами Improving the understanding of the anatomy and localization of prostate cancer by students	Разница правильных ответов между студентами и врачами снизилась до 17% The difference in correct answers between students and doctors decreased to 17%	-/-
  J. Dezeeuw и соавт. [42]	Силиконовый тренажер пальцевого ректального исследования Silicone simulator for finger rectal examination	Средняя оценка экспертов касательно предлагаемого тренажера составляет 4,4 из 5 баллов The average rating of experts regarding the proposed simulator = 4.4 out of 5	-/-
  C. Darr и соавт. [43]	Использование моделей ПЖ с опухолью в интраоперационной навигации The use of prostate models with a tumor in intraoperative navigation	Улучшение идентификации опухоли промежуточного и высокого риска Improved identification of intermediate and high-risk tumors	-/-
  N.C. Wong и соавт. [44]	3D тренажер наложения уретровезикального анастомоза 3D simulator of urethrovesical anastomosis	Создание пособия для тренировки молодых специалистов Creating a manual for training young specialists	$38/ 2-3 дня $38/ 2-3 days

  
  

новило 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 помещенияраз-личных 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 PI-RADS 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-пе-чать 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-пе-чать 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 ме-дицины,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 любойурологической 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.

экспериментальная и клиническая урология № 3 2021