СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ В ХИРУРГИЧЕСКОМ ЛЕЧЕНИИ ВРОЖДЕННЫХ ПОРОКОВ СЕРДЦА
Сережа Нерсесович Манукян,
Илья Александрович Сойнов,
Дмитрий Александрович Хелимский,
Алексей Викторович Войтов,
Ксения Асифовна Рзаева,
Ирина Юрьевна Журавлева,
Александр Владимирович Богачев https://doi.org/10.17802/2306-1278-2024-13-3S-162-172
Аннотация
Основные положения
- Создание 3D-моделей – сложный процесс, который требует совместной работы специалистов различных областей, таких как рентгенологи, кардиологи, кардиохирурги и инженеры.
- Использование систем 3D-визуализации особенно актуально в сфере врожденных пороков сердца в связи с разнообразием вариантов их анатомии.
- На сегодняшний день такие системы активно внедряются в медицинскую индустрию, в частности при хирургическом лечении врожденных пороков сердца.
Резюме
Наряду с традиционными методами визуализации трехмерное моделирование сердца и сосудов позволяет дополнить оценку анатомии врожденных пороков сердца. С развитием технологий данные инструменты активно внедряются в медицинскую индустрию. Использование систем трехмерной визуализации особенно актуально при лечении врожденных пороков сердца в связи с вариативностью их анатомии. С помощью передовых технологий постобработки изображений становится возможным получать реалистичные модели и симуляции сложных врожденных пороков сердца, что имеет ключевое значение как для диагностики, так и планирования лечения данной группы больных. В представленном обзоре обобщены современные возможности 3D-моделирования в хирургическом лечении врожденных пороков сердца, а также описаны перспективы использования таких технологий в ежедневной клинической практике.
При поддержке: Работа поддержана грантом Российского научного фонда, проект № 21-75-10041.
Об авторах
Сережа Нерсесович Манукян
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
младший научный сотрудник, аспирант центра новых хирургических технологий федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Илья Александрович Сойнов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
кандидат медицинских наук врач – сердечно-сосудистый хирург кардиохирургического отделения врожденных пороков сердца, старший научный сотрудник центра новых хирургических технологий федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Дмитрий Александрович Хелимский
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
кандидат медицинских наук врач по рентгенэндоваскулярным диагностике и лечению федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Алексей Викторович Войтов
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
врач – сердечно-сосудистый хирург кардиохирургического отделения врожденных пороков сердца федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Ксения Асифовна Рзаева
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
кандидат медицинских наук врач по рентгенэндоваскулярным методам диагностики и лечению федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Ирина Юрьевна Журавлева
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
доктор медицинских наук, профессор директор института экспериментальной биологии и медицины федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Александр Владимирович Богачев
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Россия
Россия
доктор медицинских наук директор института патологии кровообращения, врач – сердечно-сосудистый хирург федерального государственного бюджетного учреждения «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Новосибирск, Российская Федерация
Список литературы
1. Kido T., Kurata A., Higashino H., Sugawara Y., Okayama H., Higaki J., Anno H., Katada K., Mori S., Tanada S., Endo M., Mochizuki T. Cardiac imaging using 256-detector row four-dimensional CT: preliminary clinical report. Radiat Med. 2007;25(1):38-44. doi: 10.1007/s11604-006-0097-z.
2. Meaney J.F., Goyen M. Recent advances in contrast-enhanced magnetic resonance angiography. Eur Radiol. 2007;17(Suppl 2):B2–B6.
3. Doi K. Diagnostic imaging over the last 50 years: research and development in medical imaging science and technology. Phys Med Biol. 2006;51(13):R5-27. doi: 10.1088/0031-9155/51/13/R02.
4. Kirchgeorg M.A., Prokop M. Increasing spiral CT benefits with postprocessing applications. Eur J Radiol. 1998;28(1):39-54. doi: 10.1016/s0720-048x(98)00011-4.
5. Michalski M.H., Ross J.S. The shape of things to come: 3D printing in medicine. JAMA. 2014;312(21):2213-4. doi: 10.1001/jama.2014.9542.
6. Ovcharenko E.A., Klyshnikov K.U., Glushkova Т.V., Batranin А.V., Rezvova М.А., Kudryavtseva Y.А., Barbarash L.S. Evaluation of a failed heart valve bioprosthesis using microcomputed tomography. Modern technologies in medicine. 2017; 9(3): 15–22. doi: 10.17691/stm2017.9.3.02
7. Кучумов А.Г., Камалтдинов М.Р., Хайрулин А.Р., Кочергин М.В., Шмурак М.И. Персонализированное 0D–3D-моделирование течения крови у новорожденных для прогнозирования рисков осложнений после оперативного лечения. Анализ риска здоровью. 2022;4:159–167. doi: 10.21668/health.risk/2022.4.15
8. Sun Z., Lee S.Y. A systematic review of 3-D printing in cardiovascular and cerebrovascular diseases. Anatol J Cardiol. 2017;17(6):423-435. doi: 10.14744/AnatolJCardiol.2017.7464.
9. Olivieri L.J., Krieger A., Loke Y.-H., Nath D.S., Kim P.C.W., Sable C.A. Three-dimensional printing of intracardiac defects from three-dimensional echocardiographic images: feasibility and relative accuracy. J Am Soc Echocardiogr Off Publ Am Soc Echocardiogr. 2015;28(4):392- 397. doi:10.1016/j.echo.2014.12.016.
10. Chaowu Y., Hua L., Xin S. Three-Dimensional Printing as an Aid in Transcatheter Closure of Secundum Atrial Septal Defect With Rim Deficiency: In Vitro Trial Occlusion Based on a Personalized Heart Model. Circulation. 2016;133(17):e608-10. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.115.020735.
11. Kiraly L., Tofeig M., Jha N.K., Talo H. Three-dimensional printed prototypes refine the anatomy of post-modified Norwood-1 complex aortic arch obstruction and allow presurgical simulation of the repair. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 2016;22(2):238-40. doi: 10.1093/icvts/ivv320.
12. Kurenov S.N., Ionita C., Sammons D., Demmy T.L. Three-dimensional printing to facilitate anatomic study, device development, simulation, and planning in thoracic surgery. J Thorac Cardiovasc Surg. 2015;149(4):973-9.e1. doi: 10.1016/j.jtcvs.2014.12.059.
13. Yang D.H., Kang J.W., Kim N., Song J.K., Lee J.W., Lim T.H. Myocardial 3-Dimensional Printing for Septal Myectomy Guidance in a Patient With Obstructive Hypertrophic Cardiomyopathy. Circulation. 2015;132(4):300-1. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.115.015842.
14. Schmauss D., Schmitz C., Bigdeli A.K., Weber S., Gerber N., Beiras-Fernandez A., Schwarz F., Becker C., Kupatt C., Sodian R. Three-dimensional printing of models for preoperative planning and simulation of transcatheter valve replacement. Ann Thorac Surg. 2012;93(2):e31-3. doi: 10.1016/j.athoracsur.2011.09.031.
15. Valverde I., Gomez G., Coserria J.F., Suarez-Mejias C., Uribe S., Sotelo J., Velasco M.N., Santos De Soto J., Hosseinpour A.R., Gomez-Cia T. 3D printed models for planning endovascular stenting in transverse aortic arch hypoplasia. Catheter Cardiovasc Interv. 2015;85(6):1006-12. doi: 10.1002/ccd.25810.
16. Biglino G., Capelli C., Wray J., Schievano S., Leaver L.K., Khambadkone S., Giardini A., Derrick G., Jones A., Taylor A.M. 3D-manufactured patient-specific models of congenital heart defects for communication in clinical practice: feasibility and acceptability. BMJ Open. 2015;5(4):e007165. doi: 10.1136/bmjopen-2014-007165.
17. Acar P., Hadeed K., Dulac Y. Advances in 3D echocardiography: From foetus to printing. Arch Cardiovasc Dis. 2016;109(2):84-6. doi: 10.1016/j.acvd.2015.09.004.
18. Faganello G., Campana C., Belgrano M., Russo G., Pozzi M., Cioffi G., Di Lenarda A. Three dimensional printing of an atrial septal defect: Is it multimodality imaging? Int J Cardiovasc Imaging. 2016;32(3):427-8. doi: 10.1007/s10554-015-0801-0.
19. Farooqi K.M., Sengupta P.P. Echocardiography and three-dimensional printing: sound ideas to touch a heart. J Am Soc Echocardiogr. 2015;28(4):398-403. doi: 10.1016/j.echo.2015.02.005.
20. Farooqi K.M., Lengua C.G., Weinberg A.D., Nielsen J.C., Sanz J. Blood Pool Segmentation Results in Superior Virtual Cardiac Models than Myocardial Segmentation for 3D Printing. Pediatr Cardiol. 2016;37(6):1028-36. doi: 10.1007/s00246-016-1385-8.
21. Mottl-Link S., Hübler M., Kühne T., Rietdorf U., Krueger J.J., Schnackenburg B., De Simone R., Berger F., Juraszek A., Meinzer H.P., Karck M., Hetzer R., Wolf I. Physical models aiding in complex congenital heart surgery. Ann Thorac Surg. 2008 l;86(1):273-7. doi: 10.1016/j.athoracsur.2007.06.001.
22. Byrne N., Velasco Forte M., Tandon A., Valverde I., Hussain T. A systematic review of image segmentation methodology, used in the additive manufacture of patient-specific 3D printed models of the cardiovascular system. JRSM Cardiovasc Dis. 2016;5:2048004016645467. doi: 10.1177/2048004016645467.
23. Kim M.S., Hansgen A.R., Wink O., Quaife R.A., Carroll J.D. Rapid prototyping: a new tool in understanding and treating structural heart disease. Circulation. 2008;117(18):2388-94. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.740977.
24. Schievano S., Migliavacca F., Coats L., Khambadkone S., Carminati M., Wilson N., Deanfield J.E., Bonhoeffer P., Taylor A.M. Percutaneous pulmonary valve implantation based on rapid prototyping of right ventricular outflow tract and pulmonary trunk from MR data. Radiology. 2007;242(2):490-7. doi: 10.1148/radiol.2422051994.
25. Govil S., Crabb B.T., Deng Y., Dal Toso L., Puyol-Antón E., Pushparajah K., Hegde S., Perry J.C., Omens J.H., Hsiao A., Young A.A., McCulloch A.D. A deep learning approach for fully automated cardiac shape modeling in tetralogy of Fallot. J Cardiovasc Magn Reson. 2023;25(1):15. doi: 10.1186/s12968-023-00924-1.
26. Mahmood F., Owais K., Taylor C., Montealegre-Gallegos M., Manning W., Matyal R., Khabbaz K.R. Three-dimensional printing of mitral valve using echocardiographic data. JACC Cardiovasc Imaging. 2015;8(2):227-9. doi: 10.1016/j.jcmg.2014.06.020.
27. Muraru D., Veronesi F., Maddalozzo A,. Dequal D., Frajhof L., Rabischoffsky A., Iliceto S., Badano L.P. 3D printing of normal and pathologic tricuspid valves from transthoracic 3D echocardiography data sets. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 2017;18(7):802-808. doi: 10.1093/ehjci/jew215.
28. Cabasa A.S., Eleid M.F., Rihal C.S., Villarraga H.R., Foley T.A., Suri R.M. Tricuspid Valve Replacement: A Percutaneous Transfemoral Valve-in-Ring Approach. JACC Cardiovasc Interv. 2015;8(8):1126-1128. doi: 10.1016/j.jcin.2015.03.025.
29. Rodríguez Fernández A., Bethencourt González A. Imaging Techniques in Percutaneous Cardiac Structural Interventions: Atrial Septal Defect Closure and Left Atrial Appendage Occlusion. Rev Esp Cardiol (Engl Ed). 2016;69(8):766-77. doi: 10.1016/j.rec.2016.04.024.
30. Bartel T., Rivard A., Jimenez A., Edris A. Three-dimensional printing for quality management in device closure of interatrial communications. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 2016;17(9):1069. doi: 10.1093/ehjci/jew119.
31. Phillips A.B., Nevin P., Shah A., Olshove V., Garg R., Zahn E.M. Development of a novel hybrid strategy for transcatheter pulmonary valve placement in patients following transannular patch repair of tetralogy of fallot. Catheter Cardiovasc Interv. 2016;87(3):403-10. doi: 10.1002/ccd.26315.
32. Zhao L, Zhou S, Fan T, Li B, Liang W, Dong H. Three-dimensional printing enhances preparation for repair of double outlet right ventricular surgery. J Card Surg. 2018;33(1):24–27. doi: 10.1111/jocs.13523
33. Сойнов И.А., Манукян С.Н., Рзаева К.А., Войтов А.В., Тимченко Т.П., Кобелев Е., Архипов А.Н., Ничай Н.Р., Кулябин Ю.Ю., Журавлева И.Ю., Богачев-Прокофьев А.В. Варианты дисфункций пути оттока из правого желудочка. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2023;16(4):351 357. doi:10.17116/kardio202316041351
34. Сойнов И.А., Журавлева И.Ю., Кулябин Ю.Ю., Ничай Н.Р., Афанасьев А.В., Алешкевич Н.П., Богачев-Прокофьев А.В., Караськов А.М. Клапансодержащие кондуиты в детской кардиохирургии. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2018;(1):75 81. doi: 10.17116/hirurgia2018175-81
35. Amerini A., Hatam N., Malasa M., Pott D., Tewarie L., Isfort P., Goetzenich A., Hildinger M., Autschbach R., Spillner J. A personalized approach to interventional treatment of tricuspid regurgitation: experiences from an acute animal study. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 2014;19(3):414-8. doi: 10.1093/icvts/ivu143.
36. Vignon-Clementel I.E., Marsden A.L., Feinstein J.A. A primer on computational simulation in congenital heart disease for the clinician. Prog Pediatr Cardiol. 2010; 30:3–13. doi:10.1016/j.ppedcard.2010.09.002
37. Hsia T.Y., Cosentino D., Corsini C., Pennati G., Dubini G., Migliavacca F.; Modeling of Congenital Hearts Alliance (MOCHA) Investigators. Use of mathematical modeling to compare and predict hemodynamic effects between hybrid and surgical Norwood palliations for hypoplastic left heart syndrome. Circulation. 2011;124(11 Suppl):S204-10. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.110.010769.
38. Esmaily-Moghadam M., Hsia T.Y., Marsden A.L.; Modeling of Congenital Hearts Alliance (MOCHA) Investigators. The assisted bidirectional Glenn: a novel surgical approach for first-stage single-ventricle heart palliation. J Thorac Cardiovasc Surg. 2015;149(3):699-705. doi: 10.1016/j.jtcvs.2014.10.035.
39. Zhou J., Esmaily-Moghadam M., Conover T.A., Hsia T.Y., Marsden A.L., Figliola R.S.; MOCHA Investigators. In Vitro Assessment of the Assisted Bidirectional Glenn Procedure for Stage One Single Ventricle Repair. Cardiovasc Eng Technol. 2015;6(3):256-67. doi: 10.1007/s13239-015-0232-z.
40. Schiavazzi D.E., Kung E.O., Marsden A.L., Baker C., Pennati G., Hsia T.Y., Hlavacek A., Dorfman A.L.; Modeling of Congenital Hearts Alliance (MOCHA) Investigators. Hemodynamic effects of left pulmonary artery stenosis after superior cavopulmonary connection: a patient-specific multiscale modeling study. J Thorac Cardiovasc Surg. 2015;149(3):689-96.e1-3. doi: 10.1016/j.jtcvs.2014.12.040.
41. DeCampli W.M. If only Poiseuille had had a computer. J Thorac Cardiovasc Surg. 2015;149(3):697-8. doi: 10.1016/j.jtcvs.2014.09.024.
42. Martin M.H., Feinstein J.A., Chan F.P., Marsden A.L., Yang W., Reddy V.M. Technical feasibility and intermediate outcomes of using a handcrafted, area-preserving, bifurcated Y-graft modification of the Fontan procedure. J Thorac Cardiovasc Surg. 2015;149(1):239-45.e1. doi: 10.1016/j.jtcvs.2014.08.058.
43. Kanter K.R., Haggerty C.M., Restrepo M., de Zelicourt D.A., Rossignac J., Parks W.J., Yoganathan A.P. Preliminary clinical experience with a bifurcated Y-graft Fontan procedure--a feasibility study. J Thorac Cardiovasc Surg. 2012;144(2):383-9. doi: 10.1016/j.jtcvs.2012.05.015.
44. Yang W., Chan F.P., Reddy V.M., Marsden A.L., Feinstein J.A. Flow simulations and validation for the first cohort of patients undergoing the Y-graft Fontan procedure. J Thorac Cardiovasc Surg. 2015;149(1):247-55. doi: 10.1016/j.jtcvs.2014.08.069.
45. Haggerty C.M., Kanter K.R., Restrepo M., de Zélicourt D.A., Parks W.J., Rossignac J., Fogel M.A., Yoganathan A.P. Simulating hemodynamics of the Fontan Y-graft based on patient-specific in vivo connections. J Thorac Cardiovasc Surg. 2013;145(3):663-70. doi: 10.1016/j.jtcvs.2012.03.076.
46. Haggerty C.M., Whitehead K.K., Bethel J., Fogel M.A., Yoganathan A.P. Relationship of single ventricle filling and preload to total cavopulmonary connection hemodynamics. Ann Thorac Surg. 2015;99(3):911-7. doi: 10.1016/j.athoracsur.2014.10.043.
47. Das A., Banerjee R.K., Gottliebson W.M. Right ventricular inefficiency in repaired tetralogy of Fallot: proof of concept for energy calculations from cardiac MRI data. Ann Biomed Eng. 2010;38(12):3674-87. doi: 10.1007/s10439-010-0107-2.
48. Fogel M.A., Sundareswaran K.S., de Zelicourt D., Dasi L.P., Pawlowski T., Rome J., Yoganathan A.P. Power loss and right ventricular efficiency in patients after tetralogy of Fallot repair with pulmonary insufficiency: clinical implications. J Thorac Cardiovasc Surg. 201;143(6):1279-85. doi: 10.1016/j.jtcvs.2011.10.066.
Дополнительные файлы
Рецензия
Для цитирования:
Манукян С.Н., Сойнов И.А., Хелимский Д.А., Войтов А.В., Рзаева К.А., Журавлева И.Ю., Богачев А.В. СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ В ХИРУРГИЧЕСКОМ ЛЕЧЕНИИ ВРОЖДЕННЫХ ПОРОКОВ СЕРДЦА. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2024;13(3S):162-172. https://doi.org/10.17802/2306-1278-2024-13-3S-162-172
For citation:
Manukian S.N., Soynov I.A., Khelimskii D.A., Voitov A.V., Rzayeva K.A., Zhuravleva I.Y., Bogachev-Prokophiev A.V. CURRENT CAPABILITIES AND PROSPECTS OF USING 3D MODELING TECHNOLOGIES IN CONGENITAL HEART DISEASE SURGERY. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2024;13(3S):162-172. (In Russ.) https://doi.org/10.17802/2306-1278-2024-13-3S-162-172
Просмотров:
169
