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Aplicación de la tecnología de impresión 3D para pre

Jun 05, 2023Jun 05, 2023

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 1671 (2023) Citar este artículo

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Investigar la utilidad de la impresión 3D para evaluaciones preoperatorias, educación de estudiantes y residentes, y comunicación con padres o tutores de pacientes con tumores retroperitoneales pediátricos. Se incluyeron diez pacientes que planearon resección de tumor retroperitoneal entre marzo y noviembre de 2019. Se utilizaron imágenes de tomografía computarizada (TC) preoperatoria para la reconstrucción e impresión en 3D. Los ítems encuestados fueron la comprensión de las lesiones preoperatorias con 3 módulos diferentes (TC, reconstrucción 3D e impresión 3D) por parte de estudiantes, residentes y especialistas; satisfacción de los especialistas; y comprensión por parte de los tutores tras las explicaciones preoperatorias de cada módulo. La mediana de edad en el momento de la operación fue de 4,2 años (rango, 1,8 a 18,1) y a 8 pacientes se les diagnosticó neuroblastoma. La impresión 3D fue el módulo más comprensible para todos los grupos (para estudiantes, residentes y especialistas, P = 0,002, 0,027, 0,013, respectivamente). No se produjeron eventos adversos intraoperatorios significativos ni complicaciones posoperatorias inmediatas. Todos los especialistas afirmaron que la impresión 3D mejoró su comprensión de los casos. Los tutores respondieron que la impresión 3D era la más fácil de comprender entre los 3 módulos (P = 0,007). El uso de la impresión 3D en el tratamiento de pacientes pediátricos con tumores retroperitoneales fue útil para la planificación preoperatoria, la educación y las explicaciones de los padres sobre la obtención de consentimientos informados.

La impresión 3D ha ampliado sus aplicaciones médicas en una variedad de campos, incluida la educación, la planificación del tratamiento preoperatorio y la instrumentación personalizada1. En su aplicación a pacientes pediátricos, la impresión 3D se ha utilizado principalmente para planificar tratamientos para enfermedades congénitas2,3,4. El uso de la impresión 3D antes de la resección de tumores abdominales pediátricos complejos podría ser útil para el tratamiento quirúrgico sin complicaciones5. Sin embargo, el desarrollo de la aplicación aún se encuentra en una etapa temprana y se han realizado pocos estudios utilizando modelos de pacientes pediátricos6,7.

Los tumores en la cavidad retroperitoneal de un niño, especialmente en los casos de neuroblastoma, invaden las estructuras circundantes, lo cual es inesperado en la tomografía computarizada (TC) abdominal bidimensional preoperatoria8,9. Por este motivo, los cirujanos pediátricos han querido desarrollar herramientas tridimensionales para una mejor planificación quirúrgica, lo que podría dar como resultado mejores resultados quirúrgicos al evitar escisiones incompletas o lesiones vasculares inesperadas5,6,7,8. También resulta difícil para los estudiantes de medicina y residentes de cirugía comprender la ubicación anatómica de los tumores retroperitoneales y cómo deben ser operados10. Por lo tanto, ha habido una demanda de herramientas para visualizar y enseñar estructuras anatómicas de forma intuitiva. La impresión 3D se puede aplicar para satisfacer estas necesidades porque su utilización en la educación anatómica podría ser un puente para cerrar la gran brecha en la experiencia al mejorar la comprensión espacial de temas complejos de anatomía en un formato que sea ampliamente accesible para la mayoría de las audiencias11. Además, es incluso menos probable que los cuidadores comprendan las lesiones y la cirugía cuando se explican únicamente mediante imágenes bidimensionales12,13.

Realizamos impresión 3D antes de la resección del tumor retroperitoneal pediátrico para determinar si los modelos impresos en 3D son útiles para la planificación preoperatoria por parte de los cirujanos pediátricos, la educación de los estudiantes y residentes de cirugía y las explicaciones de los padres durante la obtención del consentimiento informado.

Se incluyeron pacientes menores de 18 años sometidos a resección de tumor retroperitoneal en el Hospital Infantil de la Universidad Nacional de Seúl de marzo a noviembre de 2019. Este estudio se llevó a cabo después de obtener el consentimiento de los participantes. Se excluyeron los pacientes que no aceptaron participar en el estudio. Recibimos la aprobación para el estudio de la Junta de Revisión Institucional del Hospital Universitario Nacional de Seúl (SNUH) (Nº 2003-135-1110). Esta investigación se realizó de acuerdo con las directrices y regulaciones pertinentes. Se obtuvo el consentimiento informado de los padres o tutores legales de todos los participantes.

Los módulos de imágenes para estudio se prepararon de la siguiente manera; A los pacientes incluidos se les realizó una tomografía computarizada abdominal de forma rutinaria para la planificación preoperatoria. Se crearon imágenes de reconstrucción 3D basadas en imágenes de TC recientes y se crearon modelos impresos en 3D basándose en ellas.

Para investigar la comprensión de las lesiones para la planificación preoperatoria, se utilizaron 3 grupos de estudiantes de medicina de tercer grado (N = 30, N = 10 para cada módulo), residentes (N = 30, N = 10 para cada módulo) y pediátricos certificados. Los cirujanos (N = 5) revisaron las lesiones y las estructuras principales de cada paciente utilizando TC 2D, reconstrucción 3D y módulos de impresión 3D (Tabla 1). Para cada paciente, se asignaron tres participantes de cada grupo a cada módulo de forma independiente para su evaluación. El margen de la masa, la ubicación de las estructuras, la facilidad de identificación y el grado de satisfacción se evaluaron en una escala de 0 a 5, donde 0 significa pobre y 5 significa excelente. Después de una evaluación de comprensión, se compararon los resultados de cada grupo participante entre módulos. Además, también investigamos las opiniones de los cirujanos pediátricos que realmente realizan las cirugías, la dificultad de encontrar la estructura en el campo quirúrgico real utilizando los tres módulos y la satisfacción general con los modelos impresos en 3D. Además, para confirmar la comprensión de los cuidadores, se explicaron las lesiones antes de la cirugía mediante TC 2D, reconstrucción 3D e impresión 3D sucesivamente, y se comprobó la comprensión agregada a los módulos anteriores. Los elementos de la encuesta se resumen en la Tabla 2.

Además, verificamos el tiempo de operación, la pérdida de sangre estimada, la cantidad de eventos adversos durante la cirugía y las complicaciones y mortalidad que ocurrieron dentro de las 2 semanas posteriores a la cirugía.

Se realizan imágenes de TC preoperatorias con un grosor de corte de 3 mm y se envían a Medical IP©, una agencia de impresión 3D. Medical IP© utiliza la plataforma de software MEDIP (http://medicalip.com/Medip, MEDICAL IP©, Seúl, República de Corea) para el procesamiento de imágenes médicas, que aplica umbrales basados ​​en aprendizaje automático, crecimiento de regiones y algoritmos de corte de gráficos ( Figura complementaria). El algoritmo de corte de gráfico es un algoritmo que separa el primer plano del fondo configurando cada píxel con intersecciones de gráficos (nodos) y utilizando la diferencia de energía (red de flujo) entre ellos14. Para reconstruir las imágenes de TC en tres dimensiones, los radiólogos pediátricos realizan y verifican la segmentación de cada órgano para confirmar su adecuación. La plataforma está equipada con un dispositivo de seguridad para proteger la información personal, de modo que los investigadores relacionados con el manejo de imágenes puedan verificar y retroalimentar únicamente a través de la plataforma de visualización 3D mediante un proceso de compromiso de seguridad.

Después de confirmar la imagen reconstruida en 3D y revisar la información médica por parte de los médicos, se fabricó el modelo de impresión 3D. Los modelos se produjeron a escala 1:1 y se imprimieron con copolímeros de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) (400–500 g por caja) y resina (800–1200 g por caja) mediante el método Polyjet (J750 [Stratasys; 7665 Commerce Way Eden Prairie, MN 55344, EE. UU.]). El modelo de impresión 3D se completó al menos 3 días antes de la cirugía, lo que permitió al personal médico identificar el caso y utilizarlo para explicaciones al cuidador (Fig. 1).

Tomografía computarizada de un paciente masculino de 4 años con neuroblastoma (a), reconstrucción 3D (b) y modelo impreso en 3D.

Las variables categóricas se presentan como porcentajes. Las comparaciones entre variables categóricas de tres grupos se realizaron con el Kruskal-Wallis debido a la naturaleza no paramétrica de los datos seguido de la corrección post hoc de Bonferroni. Las variables continuas se informan como la mediana con rango o la media ± desviación estándar. Un valor de AP < 0,05 se consideró significativo en la prueba de Kruskal-Wallis y < 0,0167 en el análisis post hoc. Para todos los análisis estadísticos se utilizó el paquete de software estadístico IBM SPSS Statistics 20.0 (SPSS Inc., Chicago, Illinois, EE. UU.).

Durante el estudio se incluyeron diez pacientes, 8 de los cuales eran niños. La mediana de edad fue de 4,1 (rango, 1,8 a 18,1) años y el tamaño de la masa fue de 2,1 (rango, 1,0 a 10,9) cm. Ocho de los diez pacientes fueron diagnosticados con neuroblastoma. No hubo lesiones inesperadas ni amputación de vasos sanguíneos y uréteres durante la cirugía, y no hubo complicaciones ni mortalidad postoperatoria (Tabla 3). La información demográfica y relacionada con la operación de cada paciente se enumera en la Tabla 4.

En los 3 grupos (estudiantes, residentes y cirujanos pediátricos certificados), la comprensión de las lesiones usando modelos impresos en 3D fue la más alta y la comprensión fue más baja usando TC, lo cual fue estadísticamente significativo en cada grupo (P = 0,005, 0,027, 0,013 , respectivamente) (Fig. 2, Tabla 5). El análisis post hoc encontró diferencias estadísticas entre TC versus reconstrucción 3D y TC versus impresión 3D (P <0,001 para cada uno), y ninguna diferencia entre reconstrucción 3D e impresión 3D en los tres grupos.

La comprensión de las lesiones mediante tomografía computarizada, reconstrucción 3D y modelos impresos 3D por parte de cada grupo.

Cuando los estudiantes realizaron la evaluación preoperatoria mediante TC, 6 de cada 10 no indicaron en absoluto el margen de masa en la pregunta de comprensión. Sólo 2 pudieron indicar un flujo de uréter y arteria/vena renal superior al 50%. En el caso de utilizar la reconstrucción 3D, 7 de cada 10 pacientes indicaron un margen de masa del 50% o más, y este número aumentó a 9 en la impresión 3D. Cuando se utilizó la reconstrucción 3D y la impresión 3D, 5 y 8 pacientes mostraron más del 50% de los vasos renales, respectivamente. Una tendencia similar se observó también entre los residentes. En el grupo de cirujanos pediátricos, incluso cuando solo se utilizó TC, el margen de la masa se reconoció en más del 50% en 6 casos. El número aumentó cuando se utilizaron la reconstrucción y la impresión 3D, como en el caso de estudiantes y residentes, y se observó de manera similar para el reconocimiento de vasos sanguíneos.

Sólo los cirujanos pediátricos certificados evaluaron la diferencia entre cada módulo y el campo quirúrgico real; se encontró que era más fácil identificar el campo a través de modelos impresos en 3D y fue estadísticamente significativo (P = 0,018). En la comparación entre cada grupo, no hubo diferencias significativas entre la TC y la reconstrucción 3D, la reconstrucción 3D y la impresión 3D, y sólo la TC y la impresión 3D mostraron una diferencia significativa (P = 0,005). Se encontró que la satisfacción general con el módulo de impresión 3D fue de 4,3 (± 0,3) de 5 puntos (Tabla 6).

Dos de cada 10 cuidadores eran hombres; 7 de ellos tenían más de 30 años. Nueve de ellos tenían educación superior a la universitaria (Tabla 7). La comprensión de los guardianes se midió después de utilizar únicamente TC, TC y reconstrucción 3D, y los tres módulos, incluida la impresión 3D, y sus puntuaciones de comprensión fueron 2,71 (± 1,25), 4,29 (± 0,95) y 4,86 ​​(± 0,38) de 5, respectivamente, con un valor de P de 0,007.

Este estudio fue la primera serie de casos que aplicó prospectivamente la impresión 3D al tratamiento de pacientes pediátricos con tumores. La planificación preoperatoria utilizando modelos impresos en 3D aumentó la satisfacción del operador y los eventos adversos durante la cirugía ocurrieron solo en muy pocos casos. Se descubrió que su uso en la educación de estudiantes y residentes era muy eficaz, y la satisfacción del tratamiento mejoró gracias a una mejor comprensión a la hora de adquirir el consentimiento preoperativo de los tutores.

Un estudio de planificación preoperatoria, con un modelo simple de quiste de colédoco utilizando polvos de polímero, informó que la impresión 3D podría ser útil para la simulación preoperatoria2. En pacientes que necesitan cirugía compleja, la planificación preoperatoria mediante impresión 3D lleva menos tiempo y tiene mayor precisión para identificar estructuras que la TC o la reconstrucción 3D15. En un estudio de Krauel et al.5, que realizaron impresión 3D en 3 casos oncológicos pediátricos, el uso de la impresión 3D podría mejorar la planificación pretumoral en diversos campos al aumentar la extensión y la seguridad de la resección. En nuestro estudio, como en estudios previos, no se observaron eventos inesperados durante la cirugía ni complicaciones postoperatorias. No se debe exclusivamente a la ayuda de la impresión 3D, pero poder obtener más información durante la planificación preoperatoria puede ser una de las razones por las que tiene menos resultados adversos. En particular, esto también se observó en los registros de los pacientes 4 y 10. A ellos se les extirparon ganglios linfáticos metastásicos intraabdominales de diversas ubicaciones, como las áreas paraduodenal, paraaórtica, retrorrenal y portocava, y registraron un índice inferior al pérdida de sangre promedio esperada a pesar de un mayor riesgo de daño a los vasos sanguíneos cercanos debido a operaciones previas y la ubicación de los ganglios linfáticos. Esto podría inferirse de la alta satisfacción del operador con la evaluación preoperatoria.

Varios estudios han informado de los resultados del uso de la impresión 3D en la educación de estudiantes y residentes. Un estudio reciente informó sobre modelos de impresión 3D con una variedad de colores para reemplazar la educación anatómica con cadáveres16,17, y se informó que el hígado impreso en 3D es más eficiente que un atlas tradicional en la educación anatómica18. En la educación de modelos patológicos de aneurisma aórtico y cánceres, la impresión 3D fue útil para la educación quirúrgica a partir de los resultados de la encuesta19. Hojo et al.20 publicaron un modelo de disección de ganglios linfáticos pélvicos laterales con fines de entrenamiento y demostraron que la impresión 3D era superior a los libros de texto para aprender la anatomía pélvica. En un metaanálisis publicado recientemente, se informó que la educación mediante impresión 3D era más útil para mejorar la comprensión de los estudiantes11. En nuestro estudio, los estudiantes y residentes compararon la TC 2D, la reconstrucción 3D y la impresión 3D para comprender los tumores retroperitoneales. Al igual que en estudios anteriores, la impresión 3D permitió el más alto nivel de comprensión.

La impresión 3D personalizada tiene el potencial de mejorar la comprensión del paciente en el consentimiento informado para la resección quirúrgica en pacientes con sospecha de cáncer de pulmón en estadio I13. Yang et al.12 también informaron que el uso de modelos de hígado impresos en 3D mejoró la educación de los padres con respecto a la comprensión de la anatomía y fisiología del hígado, las características del tumor, el procedimiento quirúrgico y los riesgos quirúrgicos asociados. Como se informó en estudios anteriores, encontramos que el consentimiento informado obtenido utilizando modelos impresos en 3D además de las imágenes de TC 2D convencionales mejoró la comprensión y la satisfacción de los cuidadores en el manejo de la resección de masa retroperitoneal.

Este estudio es un estudio piloto inicial que involucra solo a 10 pacientes con tumores retroperitoneales y tiene la limitación de que tiene un número pequeño de series de casos. Es necesario inscribir a más pacientes para evaluar el papel de la impresión 3D en el tratamiento de pacientes pediátricos. En nuestro informe, la precisión de la impresión 3D fue lo suficientemente buena como para que los operadores informaran una alta satisfacción con los modelos de impresión 3D, pero se debe prestar más atención para evitar posibles desviaciones, como se advierte en el artículo de revisión de Martelli et al.21. En el futuro, nuestro centro realizará impresiones 3D de diversas enfermedades congénitas pediátricas, así como de tumores retroperitoneales para la planificación preoperatoria, para verificar la eficacia en la educación de los estudiantes en anatomía normal y patológica.

El uso de la impresión 3D en pacientes pediátricos con tumores retroperitoneales puede mejorar la comprensión de los cirujanos pediátricos. La educación con impresión 3D fue útil para que estudiantes y residentes comprendieran la lesión; también ayudó a los tutores a comprender mejor los consentimientos informados.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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Esta investigación fue apoyada por la subvención No. 0420202230 del Fondo de Investigación SNUH y por una subvención del Proyecto de I+D de Tecnología Sanitaria de Corea a través del Instituto de Desarrollo de la Industria de la Salud de Corea (KHIDI), financiado por el Ministerio de Salud y Bienestar de la República de Corea (Subvención nº: HI20C2092).

Departamento de Cirugía Pediátrica, Hospital Universitario Nacional de Seúl, Seúl, Corea

Joong Kee Youn - Ji-Won Han (vídeo musical oficial)

Departamento de Cirugía Pediátrica, Facultad de Medicina de la Universidad Nacional de Seúl, 101 Daehak-ro, Jongro-gu, Seúl, 03080, Corea

Joong Kee Youn y Hyun-Young Kim

Departamento de Radiología, Hospital Universitario Nacional de Seúl, Seúl, Corea

Parque Sang Joon y Choi Young-Hun

Departamento de Cirugía, Hospital Bundang de la Universidad Nacional de Seúl, Gyunggi, Corea

Hee Beom Yang

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JKY y HK diseñaron el estudio, analizaron datos y escribieron el manuscrito. SJP, YC y JH realizaron la recopilación de datos. DK, JB y HY analizaron los resultados. Todos los autores revisaron y aprobaron los manuscritos.

Correspondencia a Hyun-Young Kim.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Youn, JK, Park, SJ, Choi, YH. et al. Aplicación de la tecnología de impresión 3D para la evaluación preoperatoria, la educación y el consentimiento informado en tumores retroperitoneales pediátricos. Informe científico 13, 1671 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28423-4

Descargar cita

Recibido: 21 de septiembre de 2022

Aceptado: 18 de enero de 2023

Publicado: 30 de enero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28423-4

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