Tiroid cerrahisinde preoperatif değerlendirme için kişiselleştirilmiş 3D baskılı bir model
Summary
Burada, tiroid cerrahisinin ameliyat öncesi değerlendirilmesi için kişiselleştirilmiş 3D baskılı bir model oluşturmak için yeni bir yöntem önerilmektedir. Preoperatif tartışmaya elverişlidir ve tiroid cerrahisinin zorluğunu azaltır.
Abstract
Tiroid kanserinin cerrahi alanının anatomik yapısı karmaşıktır. Ameliyat öncesi tümörün lokalizasyonunun ve kapsül, trakea, yemek borusu, sinirler ve kan damarları ile ilişkisinin kapsamlı ve dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi çok önemlidir. Bu makale, bilgisayarlı tomografi (BT) DICOM görüntülerine dayanan yenilikçi bir 3D baskılı model oluşturma yöntemini tanıtmaktadır. Klinisyenlerin ameliyatın kilit noktalarını ve zorluklarını değerlendirmelerine ve anahtar parçaların ameliyat yöntemlerini temel olarak seçmelerine yardımcı olmak için tiroid cerrahisine ihtiyaç duyan her hasta için servikal tiroid cerrahisi alanının kişiselleştirilmiş 3D baskılı bir modelini oluşturduk. Sonuçlar, bu modelin preoperatif tartışma ve operasyon stratejilerinin oluşturulması için elverişli olduğunu göstermiştir. Özellikle tiroid ameliyat alanında rekürren laringeal sinir ve paratiroid bezi lokalizasyonlarının net bir şekilde gösterilmesi sonucunda ameliyat sırasında bunların yaralanması önlenebilir, tiroid cerrahisinin zorluğu azalır, postoperatif hipoparatiroidi insidansı ve tekrarlayan laringeal sinir hasarına bağlı komplikasyonlar da azalır. Dahası, bu 3D baskılı model sezgiseldir ve ameliyattan önce hastalar tarafından bilgilendirilmiş onamların imzalanması için iletişime yardımcı olur.
Introduction
Tiroid nodülleri en sık görülen endokrin hastalıklardan biridir ve tiroid kanseri %14-%211’dir1. Tiroid kanseri için tercih edilen tedavi cerrahidir. Ancak tiroid bezi anterior servikal bölgede yer aldığı için ameliyat bölgesinde tiroid bezine yakın paratiroid bezi, trakea, yemek borusu ve servikal büyük damar ve sinirlergibi önemli doku ve organların bulunması 2,3 ameliyatı nispeten zor ve riskli hale getirmektedir. En sık görülen cerrahi komplikasyonlar, paratiroid fonksiyon hasarı veya rekürren laringeal sinir hasarının neden olduğu yanlış rezeksiyon ve ses kısıklığının neden olduğu paratiroid fonksiyonunda azalmadır4. Yukarıda bahsedilen cerrahi komplikasyonların azaltılması cerrahlar için her zaman bir amaç olmuştur. Tiroid cerrahisinden önce en sık kullanılan görüntüleme yöntemi ultrason görüntülemedir, ancak paratiroid bezi ve sinirin görüntülenmesi çok sınırlıdır5. Ayrıca tiroid cerrahisi alanında paratiroid bezinin ve rekürren laringeal sinirin pozisyonundaki varyasyon çok yüksektirve bu da 6,7’nin tanımlanmasını engellemektedir. Her hastanın anatomik pozisyonu, ameliyat sırasında gerçek zamanlı olarak model aracılığıyla cerraha net bir şekilde gösterilebilirse, tiroid cerrahisinin operasyonel riskini azaltacak, komplikasyon insidansını azaltacak ve tiroid cerrahisinin etkinliğini artıracaktır.
Ayrıca ameliyat öncesi hastalara cerrahi süreci kapsamlı bir şekilde anlatmak da zordur. Bazı deneyimsiz cerrahlar, özellikle tiroid bezinin ve çevresindeki yapıların karmaşıklığı nedeniyle, operasyonun kesin ayrıntılarını hastalara açıklamakta ve iletmekte zorlanmaktadır. Her hastanın kendine özgü anatomik yapısı ve kişisel ihtiyaçları vardır8. Bu nedenle, hastanın gerçek anatomisine dayanan kişiselleştirilmiş bir 3D tiroid modeli, hastalara ve klinisyenlere etkili bir şekilde yardımcı olabilir. Şu anda, piyasadaki ürünlerin çoğunluğu düzlem diyagramlarına dayanarak seri üretilmektedir. Her hastanın bireysel tıbbi ihtiyaçlarını yansıtan hastaya özgü bir model üretmek için 3D baskı teknolojisini kullanarak, bu model tiroid kanseri olan hastaların gerçek durumunu değerlendirmek ve cerrahların hastalığın doğasını hastalarla daha iyi iletişim kurmasına yardımcı olmak için kullanılabilir.
3D baskı (veya eklemeli üretim), bilgisayar destekli bir tasarım modelinden veya dijital 3D model9’dan inşa edilmiş üç boyutlu bir yapıdır. Tıbbi cihazlar, anatomik modeller ve ilaç formülasyonu10 gibi birçok tıbbi uygulamada kullanılmıştır. Geleneksel görüntüleme ile karşılaştırıldığında, bir 3D baskı modeli daha görünür ve daha okunaklıdır. Bu nedenle, 3D baskı modern cerrahi prosedürlerde giderek daha fazla kullanılmaktadır. Yaygın olarak kullanılan 3D baskı teknolojileri arasında tekne polimerizasyon bazlı baskı, toz bazlı baskı, mürekkep püskürtmeli baskı ve ekstrüzyon bazlı baskı11 bulunur. Kavanoz polimerizasyon tabanlı baskıda, belirli bir ışık dalga boyu, reçineyi bir seferde bir tabaka halinde lokal olarak iyileştiren bir ışık kürleme reçinesi varili üzerine ışınlanır. Malzeme tasarrufu ve hızlı baskı avantajlarına sahiptir. Toz bazlı baskı, toz malzemeyi daha yoğun bir yapı için kaynaştırmak için lokalize ısıtmaya dayanır, ancak aynı zamanda baskı süresinde ve maliyetinde önemli bir artışa yol açar ve şu anda sınırlı kullanımdadır12. Mürekkep püskürtmeli baskı, damlacıkların katman katman bir işlemle alt tabaka üzerine hassas bir şekilde püskürtülmesini kullanır. Bu teknoloji en olgun olanıdır ve yüksek malzeme uyumluluğu, kontrol edilebilir maliyet ve hızlı baskı süresi avantajlarına sahiptir13. Ekstrüzyon bazlı baskı, çözeltiler ve süspansiyonlar gibi malzemeleri nozullardan geçirir. Bu teknik hücreleri kullanır ve bu nedenle en yüksek yumuşak doku taklit yeteneklerine sahiptir. Yüksek maliyeti ve biyoafinitesi nedeniyle ağırlıklı olarak doku mühendisliği alanında ve cerrahi organ modellerinde daha az sıklıkla kullanılmaktadır14.
Sonuç olarak, tiroid ve çevresindeki yapıların karmaşıklığına ve cerrahi programa bağlı olarak “White Jet Process” baskı teknolojisini seçtik. Bu teknoloji, fıçı polimerizasyon bazlı baskı ve mürekkep püskürtmeli baskının avantajlarını bir araya getirir ve yüksek hassasiyet, hızlı baskı ve düşük maliyet sunarak tiroid cerrahisi için iyi bir uyum sağlar. Bu protokolün amacı, 3D baskılı bir tiroid kanseri modeli yapmak, hastaların anatomik yapısı ve varyasyonu hakkında yeterli bilgi sağlayarak hastaların prognozunu iyileştirmek, cerrahi işlemle ilgili tüm durumlar hakkında doktorları ve hastaları daha iyi bilgilendirmektir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ultrason, tiroid cerrahisi geçiren çoğu hasta için ameliyat öncesi tek görüntüleme prosedürü olabilir15. Bununla birlikte, birkaç iyi farklılaşmış vaka, çevre dokuları veya organları istila eden ve operasyonu engelleyen ileri hastalıklardan muzdarip olabilir16. Bu model çok ilerlemiş tiroid kanseri olan hastalar için daha uygun olabilir. Hastalık ilerlediğinde, ek BT taraması daha ileri tanı için yararlıdır. Bu model, tiroidin şu anda erişileb…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma, Sichuan Eyaleti Sağlık Komitesi (Hibe No.20PJ061), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No.32101188) ve Sichuan Eyaleti Bilim ve Teknoloji Bölümü Genel Projesi (Hibe No. 2021YFS0102), Çin tarafından desteklenmiştir.
Materials
| 3D color printer | Zhuhai Sina 3D Technology Co | J300PLUS | Function support: automatic optimized placement, automatic model typesetting, automatic generation support, real-time layered edge cutting and printing, slice export, custom color thickness, custom placement / scaling, man hour evaluation, material consumption evaluation, print status monitoring, material remaining display, changing materials and colors, managing work queues, full / semi enclosed printing, automatic detection of model interference, layer preview, automatic pause of ink shortage, power failure to resume printing Automatic cleaning nozzle, automatic channel adaptation, ink change, automatic cleaning pipeline, follow-up laying. Range of optional materials: RGD series transparent molding materials, RGD series opaque molding materials, FLX series soft molding materials, ABS like series molding materials, high temperature resistant molding materials, Med series molding materials (first-class medical record certification), ordinary supporting materials, water-soluble supporting materials. |
| Mimics 21.0 software | Materialise, Belgium | DICOM data processing |
References
- Haugen, B. R., et al. 2015 American Thyroid Association management guidelines for adult patients with thyroid nodules and differentiated thyroid cancer: The American Thyroid Association Guidelines Task Force on thyroid nodules and differentiated thyroid cancer. Thyroid. 26 (1), 1-133 (2016).
- Kim, Y. S., et al. The role of adjuvant external beam radiation therapy for papillary thyroid carcinoma invading the trachea. Radiation Oncology Journal. 35 (2), 112-120 (2017).
- Wang, L. Y., et al. Operative management of locally advanced, differentiated thyroid cancer. Surgery. 160 (3), 738-746 (2016).
- Poppe, K. MANAGEMENT OF ENDOCRINE DISEASE: Thyroid and female infertility: more questions than answers. European Journal of Endocrinology. 184 (4), 123-135 (2021).
- Alexander, L. F., Patel, N. J., Caserta, M. P., Robbin, M. L. Thyroid ultrasound: diffuse and nodular disease. Radiologic Clinics of North America. 58 (6), 1041-1057 (2020).
- Chambers, K. J., et al. Respiratory variation predicts optimal endotracheal tube placement for intra-operative nerve monitoring in thyroid and parathyroid surgery. World Journal of Surgery. 39 (2), 393-399 (2015).
- Ling, X. Y., Smoll, N. R. A systematic review of variations of the recurrent laryngeal nerve. Clinical Anatomy. 29 (1), 104-110 (2016).
- Qiu, K., Haghiashtiani, G., McAlpine, M. C. 3D printed organ models for surgical applications. Annual Review of Analytical Chemistry. 11 (1), 287-306 (2018).
- Tejo-Otero, A., Buj-Corral, I., Fenollosa-Artés, F. 3D printing in medicine for preoperative surgical planning: a review. Annals of Biomedical Engineering. 48 (2), 536-555 (2020).
- Jang, J., Yi, H. G., Cho, D. W. 3D printed tissue models: present and future. ACS Biomaterials Science & Engineering. 2 (10), 1722-1731 (2016).
- Liaw, C. Y., Guvendiren, M. Current and emerging applications of 3D printing in medicine. Biofabrication. 9 (2), 024102 (2017).
- Arifin, N., Sudin, I., Ngadiman, N. H. A., Ishak, M. S. A. A comprehensive review of biopolymer fabrication in additive manufacturing processing for 3D-tissue-engineering scaffolds. Polymers. 14 (10), 2119 (2022).
- Li, X., et al. Inkjet bioprinting of biomaterials. Chemical Reviews. 120 (19), 10793-10833 (2020).
- Mironov, V., Kasyanov, V., Markwald, R. R. Organ printing: from bioprinter to organ biofabrication line. Current Opinion in Biotechnology. 22 (5), 667-673 (2011).
- Niedziela, M. Thyroid nodules. Best Practice & Research. Clinical Endocrinology & Metabolism. 28 (2), 245-277 (2014).
- Hong, D., et al. Usefulness of a 3D-printed thyroid cancer phantom for clinician to patient communication. World Journal of Surgery. 44 (3), 788-794 (2020).
- Doucet, G. Modelling and manufacturing of a 3D printed trachea for cricothyroidotomy simulation. Cureus. 9 (8), 1575 (2017).
- Lim, P. K., et al. Use of 3D printed models in resident education for the classification of acetabulum fractures. Journal of Surgical Education. 75 (6), 1679-1684 (2018).
- Al Ali, A. B., Griffin, M. F., Calonge, W. M., Butler, P. E. Evaluating the use of cleft lip and palate 3D-printed models as a teaching aid. Journal of Surgical Education. 75 (1), 200-208 (2018).
- Chan, H. H. L., et al. 3D rapid prototyping for otolaryngology-head and neck surgery: applications in image-guidance, surgical simulation and patient-specific modeling. PLoS One. 10 (9), 0136370 (2015).
- Craft, D. F., Howell, R. M. Preparation and fabrication of a full-scale, sagittal-sliced, 3D-printed, patient-specific radiotherapy phantom. Journal of Applied Clinical Medical Physics. 18 (5), 285-292 (2017).
- Hong, D., et al. Development of a personalized and realistic educational thyroid cancer phantom based on CT images: An evaluation of accuracy between three different 3D printers. Computers in Biology and Medicine. 113, 103393 (2019).
- Hazelaar, C., et al. Using 3D printing techniques to create an anthropomorphic thorax phantom for medical imaging purposes. Medical Physics. 45 (1), 92-100 (2018).
- Tack, P., Victor, J., Gemmel, P., Annemans, L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. Biomedical Engineering Online. 15 (1), 115 (2016).
- Bernhard, J. C., et al. Personalized 3D printed model of kidney and tumor anatomy: a useful tool for patient education. World Journal of Urology. 34 (3), 337-345 (2016).
