Diese Arbeit wurde durch ein Vanderbilt Clinical Oncology Research Career Development Program (K12 NCI 2K12CA090625-22A1), das NIH/National Institute for Deafness and Communication Disorders (R25 DC020728), den Vanderbilt-Ingram Cancer Center Support Grant (P30CA068485) und Swim Across America unterstützt.

Dieses Protokoll wurde am Vanderbilt University Medical Center unter IRB#221597 durchgeführt. Die Patienten gaben ihre schriftliche Zustimmung zum Ex-vivo-3D-Scannen und digitalen Mapping ihrer chirurgischen Probe vor der Operation und zum Hinzufügen ihres Scans zu einem 3D-Probenmodell-Biorepository. Einschlusskriterien waren Patienten ab 18 Jahren mit Verdacht auf oder biopsiebestätigtes Kopf-Hals-Neoplasma, die sich einer chirurgischen Resektion unterzogen. 3D-Probenkarten wurden basierend auf den Präferenzen von Chirurgen und Pathologen und der Verfügbarkeit von Mitarbeitern erstellt.
Dieses Protokoll folgt den Richtlinien der Ethikkommissionen für die Humanforschung des Institutional Review Board (IRB#221597) am Vanderbilt University Medical Center. Alle Probanden gaben vor der Teilnahme eine schriftliche Einverständniserklärung ab. Alle Patientendaten wurden anonymisiert.
1. Einrichten des 3D-Scanners
<ol><li>Identifizieren Sie eine 3 x 2 Fuß große flache Workstation, die für die Scannereinrichtung zur Verfügung steht. Stellen Sie sicher, dass sich die Workstation in einer dunklen Umgebung befindet, in der der Scanner eingeschlossen ist, oder dass das Licht im Raum ausgeschaltet ist. Alternativ können Sie 3D-Scans in einem mobilen Wagen-Setup durchführen, wie in Abbildung 1 gezeigt.</li>
	<li>Stellen Sie das dreibeinige Kamerastativ auf dem flachen Arbeitsplatz auf. Setzen Sie die 3D-Scankamera vorsichtig in das Stativ ein. Richten Sie die Kamera in einem Winkel von 60° nach unten zur Workstation aus.</li>
	<li>Schließen Sie das zweiteilige Netzkabel an eine externe Stromquelle und die Rückseite der Kamera an.</li>
	<li>Platzieren Sie den Scanner-Drehteller 1 Fuß vor dem 3D-Kamera- und Stativ-Setup. Verbinden Sie den Drehteller mit dem Micro-USB-Kabel mit der Kamera.</li>
	<li>Schließen Sie die Kamera über das Kamera-zu-USB-Kabel an den Laptop an. In Abbildung 2 finden Sie das beschriftete Setup. HINWEIS: Wenn der Laptop keinen USB-Anschluss hat, ist möglicherweise ein externer USB-Adapter erforderlich. Eine externe Maus wird empfohlen.</li>
	<li>Schalten Sie das Licht in der Workstation aus, um den Scanner auf die aktuellen Lichtverhältnisse zu kalibrieren.</li>
	<li>Halten Sie den Netzschalter auf der Rückseite der Kamera gedrückt, bis ein blaues Licht erscheint.</li>
	<li>Öffnen Sie die 3D-Erfassungssoftware auf dem Computer-Desktop. Zentrieren Sie die Drehscheibe in dem von der Kamera projizierten Kreuz. HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass die Kamera eingeschaltet und die Lichter aus sind, bevor Sie die Software öffnen.</li>
</ol>2. Handhabung der Probe
<ol><li>Entnehmen Sie die resezierte onkologische Probe vom Operationsteam.</li>
	<li>Spülen Sie die Probe aus, um Blut oder überschüssige Gerinnsel aus der Resektion zu entfernen. Vorsichtig trocken tupfen. HINWEIS: Dieser Schritt ist sehr wichtig, um einen qualitativ hochwertigen Scan zu erhalten. Der 3D-Scanner hat Schwierigkeiten, Daten zu erfassen, wenn eine Probe sehr glänzend ist oder Blutreste auf der Oberfläche hat.</li>
	<li>Legen Sie die Probe auf eine ebene, saubere Oberfläche.</li>
	<li>Erhalten Sie mit einer Smartphone-Kamera oder Digitalkamera hochwertige 2D-Bilder der Probe. Machen Sie ein Foto der Vorderfläche der Probe. Drehen Sie die Probe genau um 180° um und erhalten Sie ein zweites Foto der hinteren Oberfläche der Probe.</li>
</ol>3. 3D-Scanning nach En-bloc-Resektion eines soliden Tumors
<ol><li>Legen Sie eine dünne Plastikfolie auf den 3D-Scanner-Drehteller, um die Zielpunkte vor menschlichem Gewebe zu schützen. Legen Sie die Probe mit der vorderen Oberfläche nach oben auf die Kunststofffolie.</li>
	<li>Klicken Sie auf die 3D-Scanner-Softwareanwendung auf dem Desktop des Laptops.</li>
	<li>Klicken Sie auf das 3D-Scanner-Symbol auf der rechten Seite des Bildschirms. Klicken Sie auf die Schaltfläche Neue Arbeit .</li>
	<li>Erstellen Sie einen neuen Ordner mit einer leicht verständlichen Namenskonvention. HINWEIS: Empfehlung der Namenskonvention: JJJJ-MM-DD_SPECIMENTYPE</li>
	<li>Klicken Sie auf Textur-Scan. Lassen Sie den Abschnitt "Geöffnete globale Markerdatei" leer.</li>
	<li>Passen Sie alle festen Einstellungen im Menü auf der linken Seite des Bildschirms an (Abbildung 3). Wählen Sie HDR AUS. Wählen Sie die Option EIN für Mit Drehteller. Legen Sie den Ausrichtungsmodus = Drehteller-codierte Ziele, Drehscheibenschritte = 8, Drehscheibengeschwindigkeit = 10 und Drehscheibenumdrehungen = Eine Umdrehung fest.</li>
	<li>Passen Sie die Helligkeit an, indem Sie den Helligkeitsregler nach rechts schieben, um die Belichtung (Rötung) auf den dunklen Oberflächen der Probe zu maximieren, wie in Abbildung 3 dargestellt. Anmerkungen: Versuchen Sie, die Belichtung (Rötung) der dunklen Teile der Probe (Muskeln, Weichteile) zu maximieren, ohne die hellen Teile der Probe (Knochen, Zähne) zu überbelichten (zu rot).</li>
	<li>Klicken Sie auf die dreieckige Wiedergabeschaltfläche in der rechten Symbolleiste mit der Bezeichnung Scan starten oder drücken Sie die Leertaste , um die erste Scanrunde zu starten. Warten Sie, bis die Plattform alle acht Umdrehungen abgeschlossen hat (~4 Minuten). Berühren Sie während dieses Schritts nicht den Scanner oder den Drehteller.</li>
	<li>Wenn Sie fertig sind, drehen Sie den Scan, um zu sehen, ob Scandaten außerhalb der auf dem Bildschirm angezeigten grünen Punkte oder offensichtliche Artefakte erfasst wurden. Wenn Sie zufrieden sind, klicken Sie auf das Häkchen auf der rechten Seite des Bearbeitungsbildschirms , um mit der nächsten Hälfte des Scans fortzufahren.<ol><li>Wenn ein Artefakt entdeckt wird, drücken Sie die Umschalttaste und ziehen Sie mit dem Cursor einen Kreis um das Artefakt außerhalb des vorgesehenen Scans. Suchen Sie nach einem roten Kreis, der um das unerwünschte Artefakt herum erscheint. Klicken Sie auf die Schaltfläche Daten löschen in der rechten Symbolleiste, die durch ein Mülleimersymbol gekennzeichnet ist.</li>
	</ol></li>
	<li>Drehen Sie die Probe mit Handschuhen um, um die gegenüberliegende Oberfläche freizulegen. Passen Sie die Helligkeit nach Bedarf an und lassen Sie alle anderen Einstellungen unverändert. Wiederholen Sie die Schritte 3.8-3.9.</li>
</ol>4. Ausrichtung und Vernetzung
<ol><li>Das Programm versucht, die Probe automatisch auszurichten. Wenn die Ausrichtung genau ist (selten), fahren Sie mit Schritt 4.4 fort. Wenn die Ausrichtung schlecht ist (siehe Hinweis), fahren Sie mit Schritt 4.2 fort. HINWEIS: Die genaue Ausrichtung zeichnet sich durch eine vollständig geformte Probe ohne Lücken oder Überlappungen an den Seiten aus. Die gelben Teile stellen das Innere des Scans dar, und die optimale Ausrichtung zeigt die geringstmögliche Menge an Gelb.</li>
	<li>Für die manuelle Ausrichtung drücken Sie die Schaltfläche "Ausrichten ", die durch ein Puzzleteil in der rechten Symbolleiste angezeigt wird.</li>
	<li>Führen Sie eine Dreipunkt-Kreuzregistrierung durch, um die beiden 3D-Scans geometrisch auszurichten.<ol><li>Klicken Sie auf einen Satz von Scandaten (Gruppe 1 und Gruppe 2) und ziehen Sie ihn in jeden der Achsrahmen. Platzieren Sie Gruppe 1 im Feld Fest und Gruppe 2 im Feld Schwebend .</li>
		<li>Verwenden Sie die Rechtsklickfunktion , um die beiden Hälften so zu drehen und zu positionieren, dass eine Seite die Außenseite der Probe (3D-gescannte Oberfläche) und die andere Hälfte die Innenseite der Probe (gelb) zeigt. Richten Sie die beiden Hälften so aus, dass die Silhouetten die gleiche Form ergeben, wenn sie übereinander gelegt werden. Verwenden Sie die mittlere Scrolltaste der Maus, um die Probe zu vergrößern und zu verkleinern.</li>
		<li>Identifizieren Sie drei eindeutige Orientierungspunkte auf jedem Satz von Scandaten, die als Ausrichtungspunkte ausgewählt werden sollen, die in beiden Datensätzen vorhanden sind. HINWEIS: Wählen Sie drei Punkte, die an den Kanten der Probe ungefähr gleich weit voneinander entfernt sind. Verwenden Sie die einzigartige Topographie der Scans, um diese Punkte auszuwählen.</li>
		<li>Drücken Sie die Umschalttaste, und klicken Sie mit der linken Maustaste, um den ersten von drei entsprechenden Ausrichtungspunkten für jede Datengruppe auszuwählen, wie oben beschrieben. Suchen Sie nach der Auswahl durch Klicken auf die beiden entsprechenden Punkte nach einem roten Punkt, der an den ausgewählten entsprechenden Positionen angezeigt wird. Wiederholen Sie diesen Vorgang 2x und suchen Sie nach grünen Punkten für den zweiten Satz ausgewählter Ausrichtungspunkte und orangefarbenen Punkten für den dritten Satz.</li>
		<li>Suchen Sie nach dem Ausrichtungsergebnis, das im größeren Bereich unter den beiden Hälften angezeigt wird. Wenn der Scan gut ausgerichtet ist (siehe HINWEIS in Abschnitt 4.1 für Empfehlungen zur optimalen Ausrichtung), fahren Sie mit Schritt 4.4 fort. Um den Ausrichtungsprozess zu wiederholen, fahren Sie mit Schritt 4.3.6 fort.</li>
		<li>Um die Ausrichtungspunkte erneut auszuwählen, drücken Sie einfach die Strg-Taste + Z-Taste , um vorherige Arbeiten rückgängig zu machen, oder klicken Sie auf das X-Feld in der oberen rechten Ecke jedes Fensters und kehren Sie zu Schritt 4.3.1 zurück.</li>
		<li>Führen Sie diese Schritte aus, bis die Vorschau des Ausrichtungsergebnisses korrekt ist.</li>
	</ol></li>
	<li>Wählen Sie die quadratische Schaltfläche Globale Optimierung in der unteren rechten Symbolleiste. Fahren Sie mit den Optimierungsbildschirmen fort und klicken Sie jedes Mal auf die Schaltfläche Bestätigen , wenn Sie dazu aufgefordert werden.</li>
	<li>Sobald die Optimierung abgeschlossen ist, wählen Sie die dreieckige Schaltfläche Netzmodell unten rechts auf dem Bildschirm aus.</li>
	<li>Wählen Sie die wasserdichte Modelloption, wenn Sie dazu aufgefordert werden. Klicken Sie auf die Option für Mittlere Details. HINWEIS: Das Rendern von hohen Details dauert viel länger und ist visuell nicht besser als mittlere Details.</li>
	<li>Verwenden Sie die Schieberegler, die auf der linken Seite des Bildschirms angezeigt werden, um die Helligkeit auf 50 und den Kontrast auf 0 einzustellen, wenn Sie dazu aufgefordert werden.</li>
	<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche Scan speichern in der unteren rechten Symbolleiste. Halten Sie das Skalierungsverhältnis bei 100 %, um alle ursprünglichen Abmessungen der Probe zu erhalten.</li>
	<li>Exportieren Sie das Modell in die Dateiformate 3MF und OBJ und speichern Sie die Datei in dem Ordner, der zu Beginn des Scans erstellt wurde. Verwenden Sie die Namenskonvention wie in Schritt 2.3 beschrieben.</li>
</ol>5. Aufräumen
<ol><li>Nehmen Sie die Probe mit Handschuhen vom Drehteller. Geben Sie die Probe sicher an das Pathologieteam zurück.</li>
	<li>Entfernen Sie die Plastikfolie und desinfizieren Sie sie mit einem Tuch. Lege es in den Beutel zurück.</li>
	<li>Setzen Sie den Scanner-Drehteller und die Kamera wieder in die entsprechenden Steckplätze in der Box ein. Stellen Sie sicher, dass die Kamera mit einer Plastiktüte oder einem Karton geschützt ist.</li>
	<li>Ziehen Sie alle Kabel ab und setzen Sie sie wieder in die Box ein.</li>
	<li>Reinigen Sie den Scanbereich mit einem Desinfektionstuch.</li>
</ol>6. Virtuelle 3D-Probenkartierung
<ol><li>Wenn die Probe für die Verarbeitung bereit ist, richten Sie die Workstation so ein, dass sie mit dem Mitglied des Pathologieteams zusammenarbeitet, das die Probe bearbeitet. HINWEIS: Es ist hilfreich, einen rollenden Computerständer zu verwenden, um Mobilität zu ermöglichen und die Kommunikation mit dem Pathologieteam zu erleichtern.</li>
	<li>Richten Sie den Laptop und die externe Maus auf der Workstation ein. Öffnen Sie die computergestützte Konstruktionssoftware vom Laptop-Desktop aus, um das 3D-Modell virtuell zu kommentieren.</li>
	<li>Klicken Sie auf die Schaltfläche Importieren , die durch das Pluszeichen gekennzeichnet ist, und importieren Sie die zuvor gespeicherte 3mf-Datei des Rohscans aus Schritt 4.9. HINWEIS: Diese Software verfügt nicht über eine Löschfunktion . Es erlaubt dem Benutzer nur, vorherige Arbeiten rückgängig zu machen, indem er Strg Z drückt. Achten Sie darauf, dass der Benutzer nach dem Speichern der Karte nicht zurückgehen und Markierungen auf der Probe ändern oder löschen kann.</li>
	<li>Virtuelle Freihandeingabe<ol><li>Wählen Sie das Pinselwerkzeug mit der Größeneinstellung 15-30 aus, um die Ränder jeder eingefärbten Region zu umreißen. Verwenden Sie die Farbpalette, um jede eingefärbte Oberfläche grafisch darzustellen, indem Sie Softwarefarben verwenden, die mit den echten Tintenfarben übereinstimmen.</li>
		<li>Verwenden Sie das Pinselwerkzeug bei der Größeneinstellung 35-45, um jeden eingefärbten Abschnitt mit der entsprechenden Farbe zu füllen.</li>
		<li>Bestätigen Sie mit dem Prosektor, dass alle eingefärbten Seiten korrekt sind, und notieren Sie sich die anatomische Ausrichtung (anterior, posterior, medial, lateral, tief) jeder eingefärbten Seite für den Schlüssel.</li>
	</ol></li>
	<li>Rand-Stichproben<ol><li>Verwenden Sie das Pinselwerkzeug bei der Größeneinstellung 20-25, um senkrechte und rasierte (En-Face-) Ränder zu zeichnen, die durch Farbcodierung unterschieden werden. HINWEIS: Verwenden Sie z. B. Weiß, um senkrechte Ränder zu kennzeichnen, und Fuschia, um Rasurränder zu kennzeichnen.</li>
		<li>Beschriften Sie jeden gesampelten Abschnitt mit der Nummer oder dem Buchstaben, der der Kassette entspricht, in der sich jeder Abschnitt befindet.</li>
	</ol></li>
	<li>Flache Schnitte<ol><li>Wählen Sie für alle ebenen Schnitte (d. h. Brotlaibschnitte vollständig durch die Probe) das Ebenenschnittwerkzeug aus der linken Symbolleiste. Wählen Sie in der oberen linken Symbolleiste Beides beibehalten .</li>
		<li>Zeichnen Sie die Ebenenschnitte durch die Probe genau so, wie es der Prosector ausgeführt hat. Stellen Sie sicher, dass die Schnitte korrekt sind, und klicken Sie dann auf Akzeptieren.</li>
	</ol></li>
	<li>3D-Probenkartenvervollständigung und -export<ol><li>Bestätigen Sie dies mit dem Prosektor, um die Richtigkeit der fertigen 3D-Probenkarte zu überprüfen. Überarbeiten Sie alle Diskrepanzen, und stellen Sie die Karte fertig. HINWEIS: Ein Beispiel für eine vollständige Probenkarte ist in Abbildung 4 dargestellt.</li>
		<li>Klicken Sie in der oberen Symbolleiste auf Datei | Speichern Sie, um die Probenkarte zu speichern. Klicken Sie auf Datei | Exportieren | auswählen. 3mf , um die Datei als .3mf-Datei zu exportieren.</li>
	</ol></li>
</ol>7. Erstellen eines verteilbaren Videos
<ol><li>Öffnen Sie die Präsentationssoftware vom Laptop-Desktop aus.</li>
	<li>Benennen Sie die Objektträgerdatei mit dem entsprechenden Namen der Probe, die kartiert wurde.</li>
	<li>Fügen Sie die 2D-Bilder der Probe ein und ordnen Sie sie auf einer Seite des Objektträgers an.</li>
	<li>Wählen Sie Einfügen aus der oberen Symbolleiste. Klicken Sie auf das Quietscheenten-Symbol und wählen Sie 3D-Modell einfügen.</li>
	<li>Importieren Sie die .3mf-Datei des in Schritt 4.9 generierten Rohscans und die .3mf-Datei der in Schritt 6.7.2 generierten zugeordneten Probe.</li>
	<li>Ordnen Sie die 3D-Modelle mit dem Rohscan und dem zugeordneten Scan nebeneinander an. Ordnen Sie die beiden Modelle so an, dass sie sich in der gleichen Ausrichtung/Ausrichtung befinden und die gleiche Größe haben.</li>
	<li>Klicken Sie in der oberen Symbolleiste auf Animationen | Wählen Sie Modell #1 | Wählen Sie Animation hinzufügen | Drehscheibe | Dauer auf 10 s ändern | Wählen Sie Beim Klicken aus.</li>
	<li>Wählen Sie Modell #2 und wiederholen Sie Schritt 6.8 für den zugeordneten Scan, aber wählen Sie im letzten Schritt Mit vorherigem anstelle von Bei Klick.</li>
	<li>Wählen Sie Modell #1 und wiederholen Sie Schritt 6.8, aber wählen Sie Effektoptionen, ändern Sie die Drehtellerrichtung auf Nach oben und wählen Sie Nach vorherigem aus.</li>
	<li>Wählen Sie Modell #2 aus, und wiederholen Sie Schritt 7.9, aber wählen Sie im letzten Schritt Mit vorherigem aus.</li>
	<li>Wählen Sie den Animationsbereich aus und klicken Sie auf Alle wiedergeben , um zu überprüfen, ob sich die Scans gleichzeitig in die gleiche Richtung drehen.</li>
	<li>Um ein teilbares Video zu erstellen, klicken Sie auf Datei | Exportieren | Video erstellen | Wählen Sie eine mittelgroße Datei, um ein .mp4 Video zu exportieren, das per E-Mail geteilt oder in eine Präsentation integriert werden soll. HINWEIS: Ein Beispiel für das endgültige Video ist in Abbildung 5 dargestellt.</li>
</ol>

Fortschrittliche CAD-Bildgebung für die chirurgische Randanalyse in der Krebsbehandlung

<ol>
	<li>Looser, K. G., Shah, J. P., Strong, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+significance+of+&amp;#34;positive&amp;#34;+margins+in+surgically+resected+epidermoid+carcinomas.">The significance of &amp;#34;positive&amp;#34; margins in surgically resected epidermoid carcinomas.</a> Head Neck Surg. 1 (2), 107-111 (1978).</li><li>Binahmed, A., Nason, R. W., Abdoh, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+clinical+significance+of+the+positive+surgical+margin+in+oral+cancer.">The clinical significance of the positive surgical margin in oral cancer.</a> Oral Oncol. 43 (8), 780-784 (2007).</li><li>Orosco, R. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positive+surgical+margins+in+the+10+most+common+solid+cancers.">Positive surgical margins in the 10 most common solid cancers.</a> Sci Rep. 8 (1), 5686 (2018).</li><li>Prasad, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trends+in+positive+surgical+margins+in+cT3-T4+oral+cavity+squamous+cell+carcinoma.">Trends in positive surgical margins in cT3-T4 oral cavity squamous cell carcinoma.</a> Otolaryngol Head Neck Surg. 169 (5), 1200-1207 (2023).</li><li>Byers, R. M., Bland, K. 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F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+computer-aided+design+margin:+Ex+vivo+3D+specimen+mapping+to+improve+communication+between+surgeons+and+pathologists.">The computer-aided design margin: Ex vivo 3D specimen mapping to improve communication between surgeons and pathologists.</a> Head Neck. 45 (1), 22-31 (2023).</li><li>Sharif, K. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+intraoperative+communication+of+tumor+margins+using+3D+scanning+and+mapping:+the+computer-aided+design+margin.">Enhanced intraoperative communication of tumor margins using 3D scanning and mapping: the computer-aided design margin.</a> The Laryngoscope. 133 (8), 1914-1918 (2023).</li></ol>

Die Autoren haben keine konkurrierenden finanziellen Interessen, die offengelegt werden müssen.

Traditionell gibt es keine visuelle Darstellung einer resezierten Krebsprobe. Pathologische Verarbeitung zerstört die Probe oft. Frühere Arbeiten haben die Machbarkeit und den Nutzen des 3D-Scannens von onkologischen Proben mit anschließender virtueller Annotation der Modelle zur Erstellung von 3D-Probenkarten gezeigt, die für die pathologische Verarbeitung repräsentativ sind 13,14,15. Dies bietet dem multidisziplinären Pf...

Das Ziel der onkologischen Resektion ist die vollständige Entfernung von Krebs mit mikroskopisch frei von Tumorzellen liegenden Operationsrändern. Bei Kopf-Hals-Tumoren ist der chirurgische Randstatus der wichtigste pathologische Risikofaktor1. Ein positiver chirurgischer Rand erhöht das Risiko eines 5-Jahres-Lokalrezidivs und der Gesamtmortalität um >90 %2. Trotz der Fortschritte in der Medizintechnik und den Operationstechniken in den letzten Jahren sind die positiven Margenraten bei Kopf- und Halskrebs nach wie vor hoch3. Bei lokal fortgeschrittenem Mundhöhlenkrebs beträgt die positive Margenrate in den Vereinigten Staaten 18,1 %4.
Um eine vollständige onkologische Resektion zu gewährleisten und gleichzeitig die Störung der umgebenden Strukturen zu minimieren, wird für Kopf- und Halschirurgen eine intraoperative Probenahme der Ränder mittels Schnellschnittanalyse (FSA) durchgeführt. FSA bietet eine schnelle intraoperative Pathologieberatung, die weit verbreitet ist und den Behandlungsstandard darstellt 5,6,7,8,9. Frisches Gewebe wird eingefroren, in dünne Scheiben geschnitten, auf einen Objektträger gelegt und zur sofortigen Interpretation gefärbt, während der Patient noch unter Narkose steht.
Onkologische Kopf- und Halsproben stellen mehrere besondere Herausforderungen bei der genauen Beurteilung des Randstatus dar, darunter die anatomische Komplexität von Kopf- und Halskrebsproben, die minimale Reserve im Kopf- und Halsbereich für eine breite Exzision aufgrund der Nähe zu lebenswichtigen Strukturen wie Augen, Gesicht und wichtigen Nerven und Gefäßen sowie die verschiedenen Gewebetypen, die häufig in der resezierten Probe vorhanden sind (z. B. Schleimhaut, Knorpel, Muskel, Knochen)10,11. Daher erfordert ein probenbasierter Ansatz zur Randanalyse ein verbessertes Maß an Kommunikation zwischen Chirurg und Pathologe12. Ein persönliches Gespräch ist oft gerechtfertigt, um die korrekte Ausrichtung der Proben und die Diskussion der betreffenden Ränder zu gewährleisten. Dies ist jedoch nicht immer sicher oder machbar, da entweder der Chirurg den Operationssaal (OP) verlassen muss, während der Patient unter Vollnarkose bleibt, oder der Pathologe das Labor für grobe Pathologie verlassen muss, wodurch der Arbeitsablauf unterbrochen wird. Darüber hinaus kann es zu einer erheblichen Reisezeit zwischen dem OP und dem Pathologielabor kommen, oder in einigen Fällen kann das Pathologielabor ganz außerhalb des Standorts sein.
Nach der FSA wird die onkologische Probe in Formalin fixiert und durch Einfärben, Schneiden und Randprobenahme formell verarbeitet. Objektträger werden vom Pathologen erstellt und mikroskopisch interpretiert, um einen endgültigen pathologischen Bericht zu erstellen. Bei einer komplexen Resektion von Kopf- und Halskrebs kann dies oft 1-2 Wochen dauern. Leider führt die Verarbeitung der Probe häufig zur Zerstörung der resezierten Krebsprobe. Dies kann zu weiterer Verwirrung führen, da der endgültige pathologische Bericht, multidisziplinäre Tumorboard-Diskussionen, die Planung der adjuvanten Strahlentherapie und die Resektion bei positiver Peripherie ohne visuelle Aufzeichnung der onkologischen Probe und ihrer pathologischen Verarbeitung durchgeführt werden müssen.
Um diesen klinisch ungedeckten Bedarf zu decken, haben wir ein 3D-Scan- und Probenkartierungsprotokoll entwickelt, um die Kommunikation zwischen Chirurgen, Pathologen und anderen Mitgliedern des multidisziplinären Krebsbehandlungsteams zu verbessern.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Computer Aided Design Software</td>
			<td>MeshMixer</td>
			<td></td>
			<td>Virtual annotation software for 3D models</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Camera or Cameraphone</td>
			<td>iPhone</td>
			<td></td>
			<td>May use iPhone camera or any digital camera available&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EinScan SP V2 Platinum Desktop 3D Scanner</td>
			<td>Shining 3D</td>
			<td></td>
			<td>3D scanner hardware</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ExScan Software; Solid Edge SHINING 3D Edition</td>
			<td>Shining 3D</td>
			<td></td>
			<td>3D capture software included with purchase of 3D Scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>External Mouse</td>
			<td>Microsoft&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laptop Computer</td>
			<td>Dell XP5</td>
			<td>00355-60734-40310-AAOEM</td>
			<td>Laptop Requirements: 
			USB: 1 &#215;USB 2.0 or 3.0; OS: Win 7, 8 or 10 (64 bit); 
			Graphic Card: Nvidia series; Graphic memory: &#62;1 G; 
			CPU: Dual-core i5 or higher; Memory: &#62;8 G</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsoft Office Suite</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobile Presentation Cart</td>
			<td>Oklahoma Sound</td>
			<td>PRC450</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerPoint Software</td>
			<td>Microsoft Office</td>
			<td></td>
			<td>Presentation software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sit-Stand Mobile Desk Cart</td>
			<td>Seville Classics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB-c Device Converter</td>
			<td>TRIPP-LITE</td>
			<td>U442-DOCK3-B</td>
			<td>Necessary only if laptop does not have USB</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

enhanced communication of tumor margins using 3d scanning and mapping

Nach der onkologischen Resektion von bösartigen Tumoren werden die Proben zur Verarbeitung zur Bestimmung des chirurgischen Randstatus an die Pathologie geschickt. Diese Ergebnisse werden in Form eines schriftlichen pathologischen Berichts mitgeteilt. Der aktuelle pathologische Standardbericht enthält eine schriftliche Beschreibung der Probe und der Stellen der Randprobenahme ohne visuelle Darstellung des resezierten Gewebes. Die Probe selbst wird typischerweise während des Schneidens und Analysierens zerstört. Dies führt oft zu einer schwierigen Kommunikation zwischen Pathologen und Chirurgen, wenn der endgültige pathologische Bericht bestätigt wird. Darüber hinaus sind Chirurgen und Pathologen die einzigen Mitglieder des multidisziplinären Krebsbehandlungsteams, die die resezierte Krebsprobe sichtbar machen. Wir haben ein 3D-Scan- und Probenkartierungsprotokoll entwickelt, um diesen ungedeckten Bedarf zu decken. Computer-Aided Design (CAD)-Software wird verwendet, um die virtuelle Probe zu kommentieren und die Stellen der Farb- und Randprobenahme deutlich zu zeigen. Diese Karte kann von verschiedenen Mitgliedern des multidisziplinären Krebsbehandlungsteams verwendet werden.

The goal of oncologic resection is the complete removal of cancer with surgical margins microscopically clear of tumor cells. In head and neck cancer, the surgical margin status is the most important pathologic risk factor1. A positive surgical margin increases the risk of 5-year local recurrence and all-cause mortality by &#62;90%2. Despite advances in medical technology and surgical techniques in recent years, positive margin rates in head and neck cancer remain high3. For locally advanced oral cavity cancers, the positive margin rate within the United States is 18.1%4.
For head and neck surgeons to ensure complete oncologic resection while minimizing disruption of surrounding structures, intraoperative sampling of margins via frozen section analysis (FSA) is performed. FSA provides a rapid intraoperative pathology consultation that is widely used and is the standard of care5,6,7,8,9. Fresh tissue is frozen, thinly sliced, placed on a glass slide, and stained for immediate interpretation while the patient is still under anesthesia.
Head and neck oncologic specimens present several distinct challenges in accurately assessing margin status, including the anatomic complexity of head and neck cancer specimens, the minimal reserve in the head and neck region for wide excision given the proximity to vital structures such as the eyes, face, and important nerves and vasculature, and the multiple tissue types often present in the resected specimen (i.e., mucosa, cartilage, muscle, bone)10,11. Thus, a specimen-based approach to margin analysis requires an enhanced level of communication between surgeon and pathologist12. A face-to-face conversation is often warranted to ensure correct specimen orientation and discussion of concerning margins. However, this is not always safe or feasible as it requires either the surgeon to leave the operating room (OR) while the patient remains under general anesthesia or the pathologist to leave the gross pathology lab, interrupting their workflow. In addition, there may be a significant travel time between the OR and the pathology lab, or in some cases, the pathology lab may be off-site altogether.
Following FSA, the oncologic specimen is fixed in formalin and formally processed through inking, sectioning, and margin sampling. Slides are created and microscopically interpreted by the pathologist to create a final pathology report. For complex head and neck cancer resection, this can often take 1-2 weeks. Unfortunately, processing of the specimen commonly results in the destruction of the resected cancer specimen. This may create further confusion as the final pathology report, multidisciplinary tumor board discussions, adjuvant radiation therapy planning, and re-resection in the setting of positive margins, must all proceed without a visual record of the oncologic specimen and its pathologic processing.
To address this clinical unmet need, we have developed a 3D scanning and specimen mapping protocol to enhance communication between surgeons, pathologists, and other members of the multidisciplinary cancer care team.

Autor im Rampenlicht: 3D-Scanning und Augmented Reality für eine verbesserte Kommunikation in der Krebschirurgie

Verbesserte Kommunikation von Tumorrändern durch 3D-Scannen und -Mapping

The scope of our research is to use 3D scanning and augmented reality technology to improve communication of cancer surgery results among the multidisciplinary cancer care team. More specifically, we're hoping to allow for a surgeon to re-resect cancer more precisely and allow for more precise radiation therapy. In the hospital environment, space is often limited, and finding additional room for extra personnel and equipment can be difficult.The learning curve on this protocol can also be challenging, especially for those without prior experience in 3D scanning and computer-aided design. We've created a 3D scanning and virtual mapping protocol for cancer specimens, providing a permanent visual record to go alongside written pathology reports. This is a powerful communication tool for the entire cancer care team and is now being investigated in multidisciplinary tumor board discussions, as well as adjuvant radiation therapy treatment planning.When a surgical specimen is processed for pathologic analysis, it is often destroyed, without any visual documentation. This results in lengthy written pathology reports and can often lead to challenging clinical scenarios in cases of a close or positive margin. Our research protocol creates an interactive, permanent visual record of the resected cancer specimen.Our protocol offers a novel visual representation of a surgically resected oncologic specimen and a map of how it was processed pathologically. This data previously did not exist and now allows providers to look back at a specimen for reference, multidisciplinary care discussions, and future treatment planning.

Von Oktober 2021 bis April 2023 wurden 28 onkologische Kopf-Hals-Proben 3D-gescannt und nach diesem Protokoll virtuell kartiert. Diese Ergebnisse wurden zuvorveröffentlicht 13. Bei der Mehrzahl der chirurgischen Proben handelte es sich um Plattenepithelkarzinome (SCC) (86%, n = 24), wobei die häufigsten anatomischen Unterstellen Mundhöhle (54%, n = 15) und Kehlkopf (29%, n = 8) waren.
In allen Fällen wurden die Probenkarten vor der Auswertung der Pathologie-Objekttr...

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Eine neuartige Methode zum 3D-Scannen und zur virtuellen Kartierung von Krebsresektionen wird vorgeschlagen, um die Kommunikation zwischen dem multidisziplinären Krebsbehandlungsteam zu verbessern.

After oncologic resection of malignant tumors, specimens are sent to pathology for processing to determine the surgical margin status. These results are ...

Der Umfang unserer Forschung besteht darin, 3D-Scan- und Augmented-Reality-Technologie einzusetzen, um die Kommunikation von Krebsoperationsergebnissen innerhalb des multidisziplinären Krebsbehandlungsteams zu verbessern. Genauer gesagt hoffen wir, dass ein Chirurg Krebs präziser resezieren und eine präzisere Strahlentherapie ermöglichen kann. Im Krankenhausumfeld ist der Platz oft begrenzt, und es kann schwierig sein, zusätzlichen Platz für zusätzliches Personal und Ausrüstung zu finden.Die Lernkurve für dieses Protokoll kann ebenfalls eine Herausforderung sein, insbesondere für diejenigen, die keine Erfahrung mit 3D-Scannen und computergestütztem Design haben. Wir haben ein 3D-Scan- und virtuelles Mapping-Protokoll für Krebsproben erstellt, das neben schriftlichen Pathologieberichten eine dauerhafte visuelle Aufzeichnung bietet. Dies ist ein leistungsfähiges Kommunikationsinstrument für das gesamte Krebsbehandlungsteam und wird nun in multidisziplinären Tumorboard-Diskussionen sowie in der adjuvanten Strahlentherapieplanung untersucht.Wenn ein chirurgisches Präparat für die pathologische Analyse verarbeitet wird, wird es oft ohne visuelle Dokumentation zerstört. Dies führt zu langwierigen schriftlichen Pathologieberichten und kann bei knapper oder positiver Marge oft zu herausfordernden klinischen Szenarien führen. Unser Forschungsprotokoll erstellt eine interaktive, dauerhafte visuelle Aufzeichnung der resezierten Krebsprobe.Unser Protokoll bietet eine neuartige visuelle Darstellung einer chirurgisch resezierten onkologischen Probe und eine Karte, wie sie pathologisch verarbeitet wurde. Diese Daten gab es bisher nicht und ermöglichen es den Anbietern nun, auf eine Probe als Referenz, multidisziplinäre Pflegegespräche und zukünftige Behandlungsplanung zurückzublicken.

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Medicine

Enhanced Communication of Tumor Margins Using 3D Scanning and Mapping

389 Aufrufe.  Vanderbilt University Medical Center. Der Umfang unserer Forschung besteht darin, 3D-Scan- und Augmented-Reality-Technologie einzusetzen, um die Kommunikation von Krebsoperationsergebnissen innerhalb des multidisziplinären Krebsbehandlungsteams zu verbessern. Genauer gesagt hoffen wir, dass ein Chirurg Krebs präziser resezieren und eine präzisere Strahlentherapie ermöglichen kann. Im Krankenhausumfeld ist der Platz oft begrenzt, und es kann schwierig sein, zusätzlichen Platz für zusätzliches Personal und Ausrüstung zu fin...

Serie: Autor im Rampenlicht: 3D-Scanning und Augmented Reality für eine verbesserte Kommunikation in der Krebschirurgie

After oncologic resection of malignant tumors, specimens are sent to pathology for processing to determine the surgical margin status. These results are communicated in the form of a written pathology report. The current standard-of-care pathology report provides a written description of the specimen and the sites of margin sampling without any visual representation of the resected tissue. The specimen itself is typically destroyed during sectioning and analysis. This often leads to challenging communication between pathologists and surgeons when the final pathology report is confirmed. Furthermore, surgeons and pathologists are the only members of the multidisciplinary cancer care team to visualize the resected cancer specimen. We have developed a 3D scanning and specimen mapping protocol to address this unmet need. Computer-aided design (CAD) software is used to annotate the virtual specimen clearly showing sites of inking and margin sampling. This map can be utilized by various members of the multidisciplinary cancer care team.

A novel method for 3D scanning and virtual mapping of cancer resections is proposed with the goal of improving communication among the multidisciplinary cancer care team.

Forschung

Medizin

3D Scanner Set Up and Specimen Handling for Scanning and Virtual Mapping of Cancer Resections

To begin, set up the three-legged camera tripod on the flat workstation. Carefully place the 3D scanning camera into the tripod and angle the camera down toward the workstation at a 60 degree angle. Connect the two-part power cord to an external power source and the back of the camera.Place the scanner turntable one foot in front of the 3D camera and tripod setup. Using the micro USB cable, connect the turntable to the camera. Then, connect the camera to the laptop computer with a USB cable.Next, obtain the resected oncologic specimen from the surgical team. Rinse the specimen with water to remove any blood or excess clots from resection and gently pad it dry. Place the specimen on a flat, clean surface.Using a smartphone camera or digital camera, obtain high-quality 2D images of the anterior surface of the specimen. Flip the specimen over exactly 180 degrees and take a second photograph of the posterior surface.

3D-Scanner-Einrichtung und Probenhandhabung zum Scannen und virtuellen Mapping von Krebsresektionen

3D Scanning Following En Bloc Resection of Solid Tumor for Virtual Mapping of Cancer Resections

To begin, set up the 3D scanner for scanning the solid tumor. Place a thin sheet of plastic on the 3D scanner turntable to protect the target points from human tissue. Position the prepared resected oncologic specimen onto the plastic sheet with the anterior surface facing up.Now, open the 3D scanner software application on the laptop's desktop. Click on the 3D scanner icon on the right side of the screen and select the New Work button. Using an easy-to-understand naming convention, create a new folder.To initiate the texture scanning process, select Texture Scan from the menu and leave the Open global markers file section blank. Now, navigate to the left side of the screen and select HDR off. Select the on option for With Turntable.Set Align mode to Turntable Coded Targets, Turntable Steps to eight, Turntable Speed to 10, and Turntable Turns to one turn. Adjust the brightness slider bar to increase exposure on the specimen's darker surfaces. Now click the triangle play button labeled Start Scan on the right hand toolbar, or press the space bar to start the first round of scanning.Once initiated, wait for the platform to complete all eight rotations. Then rotate the scanned image to inspect for any data captured outside the designated green dots on the screen or for any clear artifacts. If the scan is satisfactory, click on the check mark located on the right side of the edit screen to proceed to the next phase of the scan.In case any artifact is detected, hold down the shift key and use the cursor to encircle the artifact outside the intended scan area. Watch for a red circle to manifest around the unwanted artifact. Then click on the Delete data button marked by a garbage can icon located on the right hand toolbar.To initiate the manual alignment, press the Align button, represented by a puzzle piece icon on the right hand toolbar. Click and drag one set of scan data into each alignment frame. Place group one in the fixed box and group two in the floated box.Use the right-click function to orient the two halves of the scan, with one side displaying the specimen's exterior and the other showcasing its interior. Align the two halves so their silhouettes match when superimposed. Use the middle scroll button on the mouse to zoom in and out on the specimen.Identify three distinct landmarks on each set of scan data visible in both sets, serving as alignment points. To select corresponding alignment points, press shift and left-click on the first of three chosen points in each group of data. After selecting two corresponding points, observe a red dot appearing at the selected positions.Check the alignment result in the larger pane beneath the two halves. If the scan is well-aligned, move forward to optimization. To redo the selection of alignment points, press the control key plus Z to undo previous selections, or click on the X box in the top right corner of each pane.Upon completion, export the model in both 3mf and obj file formats. Save the files in the folder created at the start of the scanning process.

3D-Scannen nach En-Bloc-Resektion eines soliden Tumors zur virtuellen Kartierung von Krebsresektionen

Creating a Virtual 3D Specimen Map of Cancer Resections to Improve Multidisciplinary Care

To begin, set up the 3D scanner for scanning the solid tumor. Take the resected oncologic specimen and prepare it for scanning. After completing the 3D scan, align the scan to replicate the 3D anatomic specimen, and save the files in 3MF and OBJ file formats.Once the specimen is ready for processing, set up the workstation adjacent to the pathology team member responsible for grossing the specimen. Arrange the laptop computer and external mouse at the workstation. Open the computer-aided design software from the laptop desktop to enable virtual annotation of the 3D model.Click on the Import button marked by a plus sign icon, and import the previously saved 3MF file of the raw scan. Select the Paintbrush tool to set a size range of 15 to 30. Use the color palette to match the software paint colors with the actual ink colors on the specimen to outline the borders of each inked region.Then, adjust the Paintbrush tool to a size setting of 35 to 45 and fill in each inked section with the appropriate color. Consult with the prosector to verify the accuracy of all inked sides. Note the anatomical orientation of each inked side for inclusion in the key.