Efficiency of 3D imaging in children with abdominal echinococcosis

Cover Page


Cite item

Abstract

BACKGROUND: Laparoscopy in the treatment of abdominal echinococcosis is accompanied by complications. Therefore, studies on optimizing surgical approaches that reduce intra- and postoperative complications in liver echinococcosis are extremely relevant.

AIM: This study aimed to assess the possibility of using three-dimensional (3D) technologies in children with abdominal echinococcosis to determine whether it can increase the efficiency of laparoscopic treatment and reduce complications.

MATERIALS AND METHODS: A prospective analysis was conducted from 2013 to 2019 among 43 children with isolated liver echinococcosis who underwent multiport laparoscopic echinococcectomy. In the preoperative period, 25 patients from the main group used a complex of modern 3D technology: creating a 3D reconstruction of a liver with a parasitic cyst and then printing a 3D model of an organ with vessels and bile ducts.

RESULTS: The use of virtual computer visualization with the 3D reconstruction of the parasitic cyst and adjacent blood vessels with bile ducts made it possible to produce a 3D liver model. This approach provided the possibility of personalized laparoscopic access and precision in performing surgeries. Postoperatively, residual cavity (n = 1, 4.0%) was observed in the main group and biliary fistula and residual cavity (n = 2, 11.1%) in the comparison group

CONCLUSIONS: Thus, the use of 3D technologies in children with abdominal echinococcosis can increase the efficiency of laparoscopic treatment and reduce the number of early and late complications.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерные технологии в современной хирургии стали занимать все бóльшую нишу. Составление плана оперативного лечения с применением искусственного интеллекта дает возможность создания виртуальной трехмерной реконструкции патологического образования с использованием специализированного программного обеспечения [1–4]. В итоге это позволяет сократить количество ранних и поздних осложнений [5, 6]. Вместе с тем в детской хирургической практике использование 3D-технологий еще не нашло большого распространения [7–11]. Поэтому работы, исследующие различные виды применения искусственного интеллекта в детском возрасте, крайне востребованы.

При абдоминальном эхинококкозе хирургический способ является доминирующим методом лечения [12]. До 90-х годов прошлого века оперативное лечение эхинококкоза состояло в применении традиционных открытых оперативных вмешательств. При этом резидуальный/рецидивный эхинококкоз составлял от 17 до 22,3 % [13].

В связи с развитием лапароскопических технологий последние начали применяться при неосложненных формах эхинококкоза, а также в случае отказа пациента от открытого оперативного вмешательства и при высоком операционном риске. Показания к лапароскопии основывались на всемирно признанной классификации H. Gharbi [14] и соответствовали рекомендациям согласительной комиссии Всемирной организации здравоохранения по эхинококкозу [15].

Несмотря на широкое применение хирургического подхода в лечении абдоминального эхинококкоза, структура и частота послеоперационных осложнений остается достаточно высокой [16]. Образование билиарных свищей и различных видов септических осложнений после эхинококкэктомии регистрируется в 1/3 – 2/3 случаев. Образование остаточной полости встречается у 1/5 части пациентов. Более редкие осложнения — развитие спаечной кишечной непроходимости, прорыв паразитарной кисты в свободную брюшную полость, развитие механической желтухи и др. [17, 18]. Поэтому проведение исследований, направленных на оптимизацию хирургических подходов, обеспечивающих снижение интра- и послеоперационных осложнений при эхинококкозе печени, являются крайне актуальными.

Цель исследования — улучшение результатов лечения абдоминального эхинококкоза у детей путем применения современных ٣D-технологий.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

С 2013 по 2019 г. 43 пациентам 8–14 лет с солитарным эхинококкозом печени выполняли многопортовую лапароскопическую эхинококкэктомию [19]. Отмечалось превалирование заболеваемости мальчиков перед девочками [67,4 % (29) и 32,6 % (14) соответственно]. Критерии включения в исследование: дети с одиночной эхинококковой кистой печени размером более 50 мм в диаметре, согласие на участие в исследовании и отсутствие других отягощающих факторов. Критериями исключения служили: сочетанный эхинококкоз внутренних органов (печени, легких, селезенки, головного мозга), паразитарные кисты размером менее 50 мм, прием глюкокортикостероидов, наличие врожденной патологии печени и легких, рецидив эхинококкоза, отказ от участия в исследовании.

При включении в исследование осуществлялась клинико-инструментальная оценка: антропометрических данных (масса тела, рост); показателей жизненно важных функций организма (частота сердечных сокращений, частота дыхательных движений, артериальное давление и температура); гематологические и биохимические исследования (альбумин, щелочная фосфатаза, аланинаминотрансфераза, аспартатаминотрансфераза, бикарбонат кальция, хлорид, креатинин, глюкоза, фосфат, калий, натрий, общий и прямой билирубин); исследование крови на паразитарную инвазию (реакция непрямой гемагглютинации, IgG на эхинококкоз однокамерный); ультразвуковое исследование органов брюшной полости; обзорная рентгенография органов грудной и брюшной полости; компьютерная томография органов брюшной полости с контрастным усилением.

Пациенты были разделены на 2 группы: основная группа (25 детей) и группа сравнения (18 пациентов).

В основной группе для улучшения результатов лапароскопических технологий в детской хирургии мы использовали 3D-технологии. В связи с чем выполняли 3D-моделирование в программном комплексе, включающем в себя: DoctorCT (Ставрополь, Россия), КиберСклиф 1.0 (Ставрополь, Россия) и 3D Builder (Майкрософт, США). Основой для построения виртуальной 3D-модели печени с паразитарной кистой служили данные спиральной компьютерной томографии (в формате DICOM), полученные методом многопланового сканирования высокого разрешения (с шагом 500 мкм) со сегментацией визуального образа [2]. На основании полученных данных производили печать реалистичной прозрачной 3D-модели печени с паразитарной кистой и желчевыделительной системой на 3D-принтере Formlabs Form 2 (Formlabs, США).

В группе сравнения производили только многопортовую лапароскопическую эхинококкэктомию.

Статистические различия и достоверность определяли с использованием программы Statistica 10.0 (StatSoft, США). Полученные данные были обработаны методами вариационной статистики, достоверность различий оценивали с помощью критерия хи-квадрат Пирсона.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Применение многопортовой лапароскопической эхинококкэктомии позволило получить хорошие непосредственные и отдаленные результаты в обеих группах. Время выполнения лапароскопии в обеих группах составило 76,2 ± 5,4 мин в основной группе и 90,3 ± 8,1 мин в группе сравнения.

В основной группе, благодаря изготовлению 3D-модели печени и проведению персонализированного лапароскопического вмешательства, включая постановку портов (рис. 1) и интраоперационную ликвидацию желчных коллекторов, в послеоперационном периоде отмечали развитие осложнения у 1 пациента (4,0 %) в виде остаточной полости, которая самостоятельно рассосалась через 1 год после оперативного вмешательства. В группе сравнения послеоперационные осложнения были зафиксированы в 11,1 % случаев. У 1 (5,55 %) пациента отмечалось развитие желчного свища, который закрылся через 1,5 мес. консервативного лечения с помощью наружного дренирования. Кроме того, после операции сохранялась остаточная полость у 1 (5,55 %) ребенка, которая потребовала ее лапароскопического устранения через 1 год после вмешательства.

 

Рис. 1. Расположение прецизионных лапароскопических портов на передней брюшной стенке при проведении оперативного вмешательства после проведения трехмерной реконструкции паразитарной кисти с прилежащими к ней желчными протоками

Fig. 1. Location of the precision laparoscopic ports on the abdominal wall during surgery after the 3D reconstruction of the hydatid cyst of the liver with adjacent bile ducts

 

Используемый подход в виртуальном 3D-моделировании позволил нам воссоздать анатомические взаимоотношения паразитарного поражения печени с прилегающими сегментарными и субсегментарными желчевыводящими протоками (рис. 2). На основании полученных данных нами была выработана тактика оперативного вмешательства, учитывающая возникновение сложностей при проведении оперативного пособия.

 

Рис. 2. Виртуальная 3D-реконструкция печени. Визуализируется кистозное образование в VII–VIII сегментах печени с прилегающими сегментарными и субсегментарными желчевыводящими протоками

Fig. 2. Virtual 3D reconstruction of the liver. The cystic formation of the liver is visualized in the VII–VIII segments of the liver with adjacent segmental and subsegmental bile ducts

 

Созданная 3D-модель печени с паразитарной кистой и реалистичным взаимоотношением анатомических структур (рис. 3) позволила достаточно детально оценить голотопию с синтопией пораженного эхинококкозом органа. Это, в свою очередь, дало возможность смоделировать планируемое хирургическое вмешательство, включая и расположение лапароскопических портов на передней брюшной стенке. Благодаря тому, что оболочка 3D-модели печени имела прозрачную стенку, мы смогли представить действительную модель пораженного органа, отвечающую всем требованиям абдоминальной паразитарной хирургии.

 

Рис. 3. Прозрачная реалистичная 3D-модель печени с паразитарной кистой и желчными путями, изготовленная на основании данных спиральной компьютерной томографии ребенка с эхинококкозом правой доли печени

Fig. 3. Transparent realistic 3D model of the liver with a parasitic cyst and biliary tract made based on spiral CT data of a child with echinococcosis of the right liver lobe

 

ОБСУЖДЕНИЕ

В мультицентровом исследовании, проведенном А.Н. Лотовым и соавт. [18], при использовании минимально инвазивных методов лечения при эхинококкозе печени у 389 взрослых и 87 детей были получены достаточно высокие показатели лечения. В работе были четко сформированы показания для проведения операций под ультразвуковым или рентгентелевизионным наведением и лапароскопические вмешательства при наличии паразитарных кист, не выходящих за пределы 2–3 сегментов печени с жизненными циклом эхинококка CL, CE1-CE4. Обязательным моментом в лечении служила предварительная чрескожная или интраоперационная обработка 85–87 % раствором глицерина с экспозицией 7–10 мин. Итогом лечения стал не только хороший результат, но и малая травматичность оперативного подхода с быстрой реабилитацией пациентов. В 0,3 % случаев развился рецидив эхинококкоза по дренажному каналу. При этом у 20 % пациентов отмечалось развитие цистобилиарных свищей. Нагноение остаточной полости отмечалось у 1,7 % пациентов, устраненное миниинвазивным способом. О значительном числе осложнений (от 18,9 до 52,4 %) после различных видов оперативного лечения эхинококковых кист печени сообщают и другие авторы [20, 21].

Результаты анализа применения 3D-моделирования в гепатобилиарной хирургии показывают его эффективность при многих видах патологии печени, в том числе и при различных формах эхинококкоза. Так, Y.B. He и соавт. [22] при использовании данного метода при предоперационном планировании у пациентов с альвеолярным эхинококкозом выявили достоверное снижение среднего времени операции и кровопотери по сравнению с контрольной группой. Д.Н. Панченков и соавт. [23] сообщают, что из 29 оперированных пациентов у 6 (20,7 %) на этапе предоперационного моделирования был изменен планируемый объем резекции печени.

Применение в нашем исследовании в предоперационном периоде виртуальной реконструкции с печатью 3D-модели печени, имеющей эхинококковую кисту, позволило не только определиться в выборе оптимального расположения лапароскопических портов, но и визуализировать интимно лежащие желчные протоки, которые после удаления кисты могли трансформироваться в билиарные свищи. Проведенная в этой связи обработка плазменным потоком остаточной полости с визуализированным желчным коллектором у пациента в области фиброзной капсулы позволила избежать развития этого осложнения у пациентов основной группы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, улучшение результатов лечения абдоминального эхинококкоза в детской хирургии возможно при использовании современных 3D-технологий. На основании предоперационного планирования с виртуальной реконструкцией пораженного органа появилась возможность изготовления реалистичной прозрачной 3D-модели печени с паразитарной кистой и желчевыделительной системой. Благодаря чему у детей с абдоминальным эхинококкозом не только повысилась эффективность лапароскопического лечения, но и снизилось количество осложнений.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Источник финансирования. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

ADDITIONAL INFORMATION

Author’s contribution. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published, and agree to be accountable for all aspects of the work.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Funding source. This study was not supported by any external sources of funding.

×

About the authors

Sergey V. Minaev

Stavropol State Medical University

Author for correspondence.
Email: sminaev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8405-6022
SPIN-code: 3113-6982
Scopus Author ID: 13004966500
ResearcherId: C-3531-2013
https://stgmu.ru/?s=academy&k=chairs&id=57&page=employees&mode=1&eid=846

Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, 310 Mira str., Stavropol, 355017

Igor N. Gerasimenko

Stavropol State Medical University

Email: igor9551@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3003-612X
SPIN-code: 7830-6767

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 310, Mira st., Stavropol, 355017

Nikolay I. Bykov

Regional Children’s Clinical Hospital

Email: 26bykov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1341-2966

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Stavropol

Alina N. Grigorova

Stavropol State Medical University

Email: alina.mashchenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5020-232X
SPIN-code: 1762-8310
https://www.facebook.com/profile.php?id=100016382449091

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 310, Mira st., Stavropol, 355017

Sergey I. Timofeev

Far Eastern State Medical University

Email: timofeev_si@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5808-0686
SPIN-code: 5457-1995

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Khabarovsk

Fedor V. Doronin

Stavropol State Medical University

Email: fedor.doronin@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6366-4635
SPIN-code: 9147-0166

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, 310, Mira st., Stavropol, 355017

Maria F. Rubanova

Stavropol State Medical University

Email: maryrubanova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5168-6004

Postgraduate student

Russian Federation, 310, Mira st., Stavropol, 355017

Artem E. Mischvelov

Stavropol State Medical University

Email: Archi4717@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5087-2283
SPIN-code: 7567-6779

Junior Researcher

Russian Federation, 310, Mira st., Stavropol, 355017

References

  1. Deo KB, Kumar R, Tiwari G, et al. Surgical management of hepatic hydatid cysts - conservative versus radical surgery. HPB (Oxford). 2020;22(10):1457–1462. doi: 10.1016/j.hpb.2020.03.003
  2. Mishvelov AE, Ibragimov AKh, Amaliev IT, et al. Computer-assisted surgery: virtual-and augmented-reality displays for navigation during planning and performing surgery on large joints. Pharmacophore. 2021;12(2):32–38. doi: 10.51847/50jmUfdufI
  3. Girón-Vallejo Ó, García-Calderón D, Ruiz-Pruneda R, Caello-Laureano R. Three-dimensional printed model of bilateral Wilms tumor: A useful tool for planning nephron sparing surgery. Pediatric Blood & Cancer. 2018;65(4):e26894. doi: 10.1002/pbc.26894
  4. Hite GJ, Mishvelov AE, Melchenko EA, et al. Holodoctor Planning Software Real-Time Surgical Intervention. Pharmacophore. 2019;10(3):57–60.
  5. Krauel L, Fenollosa F, Riaza L, et al. Use of 3D prototypes for complex surgical oncologic cases. World J Surg. 2016;40(4):889–894. doi: 10.1007/s00268-015-3295-y
  6. Minaev SV, Gerasimenko IN, Shchetinin EV, et al. 3D reconstruction in surgery of hydatid cyst of the liver. Medical News of North Caucasus. 2019;14(1-2):220–223. (In Russ.) doi: 10.14300/mnnc.2019.14019
  7. Selitsky S, Selitskaya N, Schult J. Machine learning approach to classification of sleep electroencephalograms from newborns at risk of brain pathologies. Medical News of North Caucasus. 2021;16(2):140–143. doi: 10.14300/mnnc.2021.16031
  8. Jakaite L, Schetinin V, Hladuvka J, et al. Deep learning for early detection of pathological changes in X-ray bone microstructures: case of osteoarthritis. Sci Rep. 2021;11:2294. doi: 10.1038/s41598-021-81786-4
  9. Zhao J, Zhou XJ, Zhu CZ, et al. 3D simulation assisted resection of giant hepatic mesenchymal hamartoma in children. Comput Assist Surg. 2017;22(1):54–59. doi: 10.1080/24699322.2017.1358401
  10. Varganov MV, Nekrasova DA, Ognetov SYu, Ledneva AV. 3D-simulator for studying the structure of the facial nerve channel in othosurgery. Medical News of North Caucasus. 2018;13(1-1):56–58. (In Russ.) doi: 10.14300/mnnc.2018.13016
  11. Vijayavenkataraman S, Fuh JYH, Lu WF. 3D Printing and 3D bioprinting in pediatrics. Bioengineering (Basel). 2017;4(3):63. doi: 10.3390/bioengineering4030063
  12. Al-Saeedi M, Ramouz A, Khajeh E, et al. Endocystectomy as a conservative surgical treatment for hepatic cystic echinococcosis: A systematic review with single-arm meta-analysis. PLoS Negl Trop Dis. 2021;15(5):e0009365. doi: 10.1371/journal.pntd.0009365
  13. Marrone G, Crino F, Caruso S, et al. Multidisciplinary imaging of liver hydatidosis. World J Gastroenterol. 2012;18(13):1438–1447. doi: 10.3748/wjg.v18.i13.1438
  14. Gharbi HA, Hassine W, Brauner MW, Dupuch K. Ultrasound examination of the hydatic liver. Radiology. 1981;139(2):459–463. doi: 10.1148/radiology.139.2.7220891
  15. Stojkovic M, Weber TF, Junghanss T. Clinical management of cystic echinococcosis: state of the art and perspectives. Curr Opin Infect Dis. 2018;31(5):383–392. doi: 10.1371/journal.pntd.0009370
  16. Minaev SV, Razin MP, Axelrov MA, et al. Hydatid cyst morbidity in endemic regions of Countries of the Community of Independent states: a multicenter study. Medical News of North Caucasus. 2018;13(3):453–458. doi: 10.14300/mnnc.2018.13076
  17. Shangareyev RKh. Priorities in treatment of liver echinococcosis in children. The Experimental and Clinical Gastroenterology Journal. 2012;(9):3–8. (In Russ.)
  18. Lotov AN, Chernaya NR, Bugaev SA, et al. Organ sparing surgery in the liver echinococcosis. Annals of HPB Surgery. 2011;16(4):11–18. (In Russ.)
  19. Minaev SV, Gerasimenko IN, Kirgizov IV, et al. Laparoscopic treatment in children with hydatid cyst of the liver. World J Surg. 2017;41(12):3218–3223. doi: 10.1007/s00268-017-4129-x
  20. Shamslyev ZhA, Petlakh VI. Surgical treatment for hydatid cysts of the liver in children. The Doctor. 2011;(8):44–47. (In Russ.)
  21. Zarivchatskiy MF, Mugatarov IN, Kamenskikh ED, et al. Surgical treatment of liver echinococcosis. Perm medical journal. 2021;38(3):32–40. (In Russ.) doi: 10.17816/pmj38332-40
  22. He YB, Bai L, Aji T, et al. Application of 3D reconstruction for surgical treatment of hepatic alveolar echinococcosis. World J Gastroenterol. 2015;21(35):10200–10207. doi: 10.3748/wjg.v21.i35.10200
  23. Panchenkov DN, Ivanov YuV, Kolsanov AV, et al. Virtual color 3D-modeling in liver surgery. Grekov’s Bulletin of Surgery. 2019;178(5):74–80. (In Russ.) doi: 10.24884/0042-4625-2019-178-5-74-80

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. Location of the precision laparoscopic ports on the abdominal wall during surgery after the 3D reconstruction of the hydatid cyst of the liver with adjacent bile ducts

Download (167KB)
2. Fig. 2. Virtual 3D reconstruction of the liver. The cystic formation of the liver is visualized in the VII–VIII segments of the liver with adjacent segmental and subsegmental bile ducts

Download (178KB)
3. Fig. 3. Transparent realistic 3D model of the liver with a parasitic cyst and biliary tract made based on spiral CT data of a child with echinococcosis of the right liver lobe

Download (126KB)

Copyright (c) 2021 Minaev S.V., Gerasimenko I.N., Bykov N.I., Grigorova A.N., Timofeev S. ., Doronin F.V., Rubanova M.F., Mischvelov A.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 81892 от 24.09.2021 г.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies