Comunicação aprimorada de margens tumorais usando varredura e mapeamento 3D

Resumo

Um novo método para escaneamento 3D e mapeamento virtual de ressecções de câncer é proposto com o objetivo de melhorar a comunicação entre a equipe multidisciplinar de cuidados oncológicos.

Resumo

Após a ressecção oncológica dos tumores malignos, os espécimes são enviados à patologia para processamento para determinar o status da margem cirúrgica. Estes resultados são comunicados sob a forma de um relatório de patologia escrito. O relatório de patologia padrão atual fornece uma descrição por escrito do espécime e dos locais de amostragem das margens, sem qualquer representação visual do tecido ressecado. O próprio espécime é tipicamente destruído durante a secção e análise. Isso muitas vezes leva a uma comunicação desafiadora entre patologistas e cirurgiões quando o laudo anatomopatológico final é confirmado. Além disso, cirurgiões e patologistas são os únicos membros da equipe multidisciplinar de cuidados oncológicos a visualizar o espécime de câncer ressecado. Desenvolvemos um protocolo de digitalização 3D e mapeamento de amostras para atender a essa necessidade não atendida. O software CAD (computer-aided design) é usado para anotar o espécime virtual mostrando claramente os locais de amostragem à tinta e margem. Esse mapa pode ser utilizado por vários membros da equipe multidisciplinar de cuidados oncológicos.

Introdução

O objetivo da ressecção oncológica é a remoção completa do câncer com margens cirúrgicas microscopicamente livres de células tumorais. No câncer de cabeça e pescoço, o status das margens cirúrgicas é o fator de risco patológico mais^importante1. Uma margem cirúrgica positiva aumenta o risco de recorrência local em 5 anos e mortalidade por todas as causas em >90%². Apesar dos avanços da tecnologia médica e das técnicas cirúrgicas nos últimos anos, as margens positivas no câncer de cabeça e pescoço permanecem^elevadas3. Para cânceres de cavidade oral localmente avançados, a taxa de margem positiva nos Estados Unidos é de 18,1%⁴.

Para os cirurgiões de cabeça e pescoço para garantir a ressecção oncológica completa e, ao mesmo tempo, minimizar a ruptura das estruturas circundantes, a amostragem intraoperatória das margens por meio da análise de congelação (FSA) é realizada. A ASF proporciona uma consulta anatomopatológica rápida no intraoperatório, amplamente utilizada e padrão de tratamento5,6,7,8,9. O tecido fresco é congelado, finamente fatiado, colocado em uma lâmina de vidro e corado para interpretação imediata enquanto o paciente ainda está sob anestesia.

Os espécimes oncológicos de cabeça e pescoço apresentam vários desafios distintos na avaliação precisa do status das margens, incluindo a complexidade anatômica dos espécimes de câncer de cabeça e pescoço, a reserva mínima na região de cabeça e pescoço para excisão ampla, dada a proximidade de estruturas vitais, como olhos, face, nervos e vasculatura importantes, e os múltiplos tipos de tecidos frequentemente presentes no espécime ressecado (i.e., mucosa, cartilagem, músculo, osso)^10,11. Assim, uma abordagem baseada em espécimes para análise de margens requer um nível aprimorado de comunicação entre cirurgião e^{patologista12}. Uma conversa cara a cara é muitas vezes justificada para garantir a orientação correta do espécime e a discussão das margens preocupantes. No entanto, isso nem sempre é seguro ou viável, pois requer que o cirurgião saia da sala de cirurgia (SO) enquanto o paciente permanece sob anestesia geral ou que o patologista saia do laboratório de patologia macroscópica, interrompendo seu fluxo de trabalho. Além disso, pode haver um tempo de viagem significativo entre a SO e o laboratório de patologia ou, em alguns casos, o laboratório de patologia pode estar completamente fora do local.

Após o FSA, o espécime oncológico é fixado em formalina e formalmente processado por meio de tinta, seccionamento e amostragem de margem. As lâminas são criadas e interpretadas microscopicamente pelo patologista para criar um relatório final da patologia. Para ressecção complexa de câncer de cabeça e pescoço, isso geralmente pode levar de 1 a 2 semanas. Infelizmente, o processamento do espécime geralmente resulta na destruição do espécime de câncer ressecado. Isso pode criar mais confusão, pois o relatório anatomopatológico final, as discussões multidisciplinares do conselho de tumores, o planejamento de radioterapia adjuvante e a ressecção no contexto de margens positivas devem prosseguir sem um registro visual do espécime oncológico e seu processamento patológico.

Para atender a essa necessidade clínica não atendida, desenvolvemos um protocolo de digitalização 3D e mapeamento de espécimes para melhorar a comunicação entre cirurgiões, patologistas e outros membros da equipe multidisciplinar de cuidados oncológicos.

Protocolo

Este protocolo foi realizado no Vanderbilt University Medical Center sob IRB#221597. Os pacientes forneceram consentimento por escrito para digitalização 3D ex vivo e mapeamento digital de sua peça cirúrgica antes da cirurgia e a adição de sua varredura a um biorrepositório modelo de amostra 3D. Os critérios de inclusão foram pacientes com idade igual ou superior a 18 anos, com suspeita ou confirmação de biópsia de neoplasia de cabeça e pescoço, submetidos à ressecção cirúrgica. Mapas 3D de espécimes foram criados com base na preferência do cirurgião e patologista e disponibilidade de pessoal.

Este protocolo segue as diretrizes dos comitês de ética em pesquisa com seres humanos do Comitê de Revisão Institucional (IRB#221597) do Vanderbilt University Medical Center. Todos os sujeitos assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido antes da participação. Todos os dados dos pacientes foram desidentificados.

1. Configurando o scanner 3D

1. Identifique uma estação de trabalho plana de 3 x 2 pés disponível para configuração do scanner. Verifique se a estação de trabalho é um ambiente escuro onde o scanner está fechado ou se as luzes da sala estão apagadas. Como alternativa, execute a digitalização 3D dentro de uma configuração de carrinho móvel, como visto na Figura 1.
2. Configure o tripé da câmera de três pernas na estação de trabalho plana. Coloque cuidadosamente a câmera de digitalização 3D no tripé. Incline a câmera para baixo em direção à estação de trabalho em um ângulo de 60°.
3. Conecte o cabo de alimentação de duas partes a uma fonte de alimentação externa e à parte traseira da câmera.
4. Coloque a mesa giratória do scanner 1 pé na frente da câmera 3D e configuração do tripé. Conecte a mesa giratória à câmera usando o cabo micro-USB.
5. Conecte a câmera ao laptop usando a câmera para o cabo USB. Consulte a Figura 2 para obter a configuração rotulada.
   NOTA: Se o computador portátil não tiver uma porta USB, poderá ser necessário um adaptador USB externo. Recomenda-se um mouse externo.
6. Desligue as luzes da estação de trabalho para calibrar o scanner para as condições de iluminação atuais.
7. Mantenha pressionado o botão liga/desliga na parte traseira da câmera até que uma luz azul apareça.
8. Abra o software de captura 3D na área de trabalho do computador. Centralize o gira-discos na cruz projetada pela câmera.
   NOTA: Verifique se a câmera está ligada e se as luzes estão apagadas antes de abrir o software.

2. Manuseamento do espécime

1. Obter a peça oncológica ressecada da equipe cirúrgica.
2. Enxaguar a amostra para remover qualquer sangue ou excesso de coágulos da ressecção. Seque suavemente.
   Observação : esta etapa é muito importante para obter uma varredura de alta qualidade. O scanner 3D tem dificuldade em captar dados quando uma amostra é muito brilhante ou tem sangue residual na superfície.
3. Coloque o espécime em uma superfície plana e limpa.
4. Usando uma câmera de smartphone ou câmera digital, obtenha imagens 2D de alta qualidade do espécime. Obter uma fotografia da superfície anterior do espécime. Vire o espécime exatamente 180° e obtenha uma segunda fotografia da superfície posterior do espécime.

3. 3D após ressecção em bloco de tumor sólido

1. Coloque uma fina folha de plástico na mesa giratória do scanner 3D para proteger os pontos-alvo do tecido humano. Coloque o espécime sobre a folha plástica com a superfície anterior voltada para cima.
2. Clique no aplicativo de software do scanner 3D na área de trabalho do laptop.
3. Clique no ícone do scanner 3D no lado direito da tela. Clique no botão Novo Trabalho .
4. Crie uma nova pasta, usando uma convenção de nomenclatura fácil de entender.
   NOTA: Recomendação da convenção de nomenclatura: AAAA-MM-DD_SPECIMENTYPE
5. Clique em Texture Scan. Deixe a seção de arquivos de marcadores globais aberta em branco.
6. Ajuste todas as configurações fixas no menu do lado esquerdo da tela (Figura 3). Selecione HDR OFF. selecione a opção ON para With Turntable. Defina o modo de alinhamento = Alvos codificados da mesa giratória, os passos da mesa giratória = 8, a velocidade da mesa giratória = 10 e as voltas da mesa giratória = Uma volta.
7. Ajuste o brilho deslizando a barra deslizante de brilho para a direita para maximizar a exposição (vermelhidão) nas superfícies escuras da amostra, conforme demonstrado na Figura 3.
   NOTA: Tente maximizar a exposição (vermelhidão) nas partes de cor escura do espécime (músculo, tecido mole) sem superexpor (muito vermelho) as partes de cor clara do espécime (osso, dentes).
8. Clique no botão de reprodução triangular na barra de ferramentas à direita chamada Start Scan ou pressione a barra de espaço para iniciar a primeira rodada de digitalização. Aguarde até que a plataforma complete todas as oito rotações (~4 min). Não toque no scanner ou na mesa giratória durante esta etapa.
9. Depois de concluído, gire a varredura para ver se há dados de varredura capturados fora dos pontos verdes exibidos na tela ou qualquer artefato óbvio. Uma vez satisfeito, clique na marca de seleção no lado direito da tela de edição para prosseguir para a próxima metade da digitalização.
   1. Se algum artefato for descoberto, pressione Shift e use o cursor para arrastar um círculo ao redor do artefato para fora da varredura pretendida. Procure um círculo vermelho que apareça ao redor do artefato indesejado. Clique no botão Excluir dados na barra de ferramentas à direita designada por um ícone de lata de lixo.
10. Usando luvas, vire o espécime para expor a superfície oposta. Ajuste o brilho conforme necessário e mantenha todas as outras configurações iguais. Repita as etapas 3.8-3.9.

4. Alinhamento e malha

1. O programa tentará alinhar automaticamente o espécime. Se o alinhamento for preciso (raro), avance para o passo 4.4. Se o alinhamento for fraco (ver nota), avance para o passo 4.2.
   NOTA: O alinhamento preciso é caracterizado por um espécime totalmente formado, sem qualquer lacuna ou sobreposição nas laterais. As porções amarelas representam o interior da varredura e o alinhamento ideal mostra a menor quantidade de amarelo possível.
2. Para alinhamento manual, pressione o botão de alinhamento indicado por uma peça de quebra-cabeça na barra de ferramentas à direita.
3. Execute o registro cruzado de três pontos para alinhar geometricamente as duas varreduras 3D.
   1. Clique e arraste um conjunto de dados de verificação (Grupo 1 e Grupo 2) para cada um dos quadros de alinhamento. Coloque o Grupo 1 na caixa Fixo e o Grupo 2 na caixa Flutuante .
   2. Use a função de clique com o botão direito do mouse para girar e posicionar as duas metades de modo que um lado mostre a parte externa do espécime (superfície digitalizada em 3D) e a outra metade mostre o interior do espécime (amarelo). Oriente as duas metades de tal forma que as silhuetas criem a mesma forma se sobrepostas. Use o botão de rolagem do meio do mouse para aumentar e diminuir o zoom na amostra.
   3. Identifique três pontos de referência claros em cada conjunto de dados de verificação para escolher como pontos de alinhamento presentes em ambos os conjuntos de dados.
      NOTA: Escolha três pontos que são aproximadamente equidistantes um do outro nas bordas do espécime. Use a topografia exclusiva das varreduras para escolher esses pontos.
   4. Pressione shift e clique com o botão esquerdo do mouse para selecionar o primeiro dos três pontos de alinhamento correspondentes em cada grupo de dados, conforme descrito acima. Após a seleção, clicando nos dois pontos correspondentes, procure um ponto vermelho que apareça nas posições correspondentes escolhidas. Repita esse processo 2x e procure pontos verdes para o segundo conjunto de pontos de alinhamento escolhidos e pontos laranjas para o terceiro conjunto.
   5. Procure o resultado do alinhamento para aparecer no painel maior abaixo das duas metades. Se a análise estiver bem alinhada (ver NOTA na secção 4.1 para obter recomendações de alinhamento óptimas), avance para o passo 4.4. Para repetir o processo de alinhamento, avance para o passo 4.3.6.
   6. Para selecionar novamente os pontos de alinhamento, basta pressionar a tecla Control + tecla Z para desfazer o trabalho anterior ou clicar na caixa X no canto superior direito de cada painel e retornar à etapa 4.3.1.
   7. Execute estas etapas até que a visualização do resultado do alinhamento seja precisa.
4. Selecione o botão quadrado Otimização Global na barra de ferramentas inferior direita. Prossiga pelas telas de otimização, clicando no botão Confirmar sempre que for solicitado.
5. Quando a otimização estiver concluída, selecione o botão triangular Mesh Model no canto inferior direito da tela.
6. Escolha a opção de modelo estanque quando solicitado. Clique na opção Detalhe Médio.
   NOTA: Detalhes altos levam muito mais tempo para renderizar e não são visualmente melhores do que detalhes médios.
7. Use as barras deslizantes que aparecem no lado esquerdo da tela para ajustar o brilho para 50 e o contraste para 0 quando solicitado.
8. Clique no botão Salvar sua varredura na barra de ferramentas inferior direita. Mantenha a proporção de escala em 100% para preservar todas as dimensões originais do espécime.
9. Exporte o modelo para os formatos de arquivo 3MF e OBJ e salve o arquivo na pasta criada no início da verificação. Use a convenção de nomenclatura conforme descrito na etapa 2.3.

5. Limpeza

1. Usando luvas, retire o espécime da mesa giratória. Devolva o espécime com segurança à equipe de patologia.
2. Retire a folha de plástico e higienize-a com um lenço. Devolva-o à bolsa.
3. Retorne a mesa giratória do scanner e a câmera para seus respectivos slots na caixa. Verifique se a câmera está protegida com um saco plástico ou uma caixa.
4. Desconecte todos os cabos e substitua-os na caixa.
5. Limpe a área de digitalização com um lenço higienizante.

6. Mapeamento virtual de espécimes 3D

1. Quando o espécime estiver pronto para processamento, configure a estação de trabalho para trabalhar ao lado do membro da equipe de patologia que irá coletar o espécime.
   NOTA: É útil utilizar um suporte de computador rolante para permitir a mobilidade e facilitar a comunicação com a equipe de patologia.
2. Configure o laptop e o mouse externo na estação de trabalho. Abra o software de design assistido por computador a partir da área de trabalho do laptop para anotar virtualmente o modelo 3D.
3. Clique no botão Importar indicado pelo ícone de sinal de adição e importe o arquivo 3mf salvo anteriormente da varredura bruta da etapa 4.9.
   NOTA: Este software não tem uma função de apagar ; ele só permite que o usuário desfaça o trabalho anterior pressionando Ctrl Z. Tenha em mente que o usuário não pode voltar e alterar ou apagar marcações no espécime depois que o mapa for salvo.
4. Tinta virtual
   1. Selecione a ferramenta pincel na configuração de tamanho 15-30 para delinear as bordas de cada região com tinta. Use a paleta de cores para representar graficamente cada superfície com tinta usando cores de tinta de software simultâneas com as cores de tinta verdadeiras.
   2. Use a ferramenta pincel na configuração de tamanho 35-45 para preencher cada seção com tinta com sua cor correspondente.
   3. Confirme com o prosector que todos os lados com tinta estão corretos e anote a orientação anatômica (anterior, posterior, medial, lateral, profunda) de cada lado com tinta para a chave.
5. Amostragem de margens
   1. Use a ferramenta pincel na configuração de tamanho 20-25 para diagramar margens perpendiculares e de barbear (na face), diferenciadas usando codificação de cores.
      Observação : por exemplo, use branco para denotar margens perpendiculares e fuschia para denotar margens de barbear.
   2. Rotule cada seção amostrada com o número ou letra que corresponde ao em que cada seção é colocada.
6. Cortes de avião
   1. Para qualquer corte de plano (ou seja, o pão corta completamente a amostra), selecione a ferramenta Corte de plano na barra de ferramentas do lado esquerdo. Selecione Manter ambos na barra de ferramentas superior esquerda.
   2. Desenhe o plano corta o espécime exatamente como o prosector executou. Certifique-se de que os cortes estão corretos e, em seguida, clique em aceitar.
7. Conclusão e exportação do mapa do espécime 3D
   1. Confirme com o prosector para verificar a precisão do mapa de amostra 3D preenchido. Revise quaisquer discrepâncias e finalize o mapa.
      NOTA: Um exemplo de um mapa de amostra concluído é mostrado na Figura 4.
   2. Na barra de ferramentas superior, clique em Arquivo | Salve para salvar o mapa do espécime. Clique em Arquivo | Exportação | selecionar. 3mf para exportar o arquivo como um arquivo .3mf.

7. Criando um vídeo distribuível

1. Abra o software de apresentação a partir do ambiente de trabalho do portátil.
2. Dê um título ao arquivo de slide com o nome correspondente do espécime que foi mapeado.
3. Insira as imagens 2D tiradas do espécime e organize-as em um lado do slide.
4. Selecione Inserir na barra de ferramentas superior. Clique no ícone de pato de borracha e selecione Inserir modelo 3D.
5. Importe o arquivo .3mf da varredura bruta gerada na etapa 4.9 e o arquivo .3mf da amostra mapeada gerada na etapa 6.7.2.
6. Organize os modelos 3D com a digitalização bruta e a digitalização mapeada lado a lado. Organize os dois modelos de modo que estejam na mesma orientação/alinhamento e tenham o mesmo tamanho.
7. Clique em Animações na barra de ferramentas superior | selecione o modelo #1 | selecione Adicionar animação | Toca-discos | alterar a duração para 10 s | selecione Ao clicar.
8. Selecione o modelo #2 e repita a etapa 6.8 para a varredura mapeada, mas na última etapa, selecione Com anterior em vez de Ao clicar.
9. Selecione o modelo #1 e repita a etapa 6.8, mas selecione Opções de efeito, altere a direção da mesa giratória para cima e selecione Depois da anterior.
10. Selecione o modelo #2 e repita a etapa 7.9, mas na última etapa, selecione Com anterior.
11. Selecione o Painel de animação e clique em Reproduzir tudo para verificar se as varreduras estão girando ao mesmo tempo na mesma direção.
12. Para criar um vídeo compartilhável, clique em Arquivo | Exportação | Criar vídeo | Selecione Arquivo de tamanho médio para exportar um vídeo .mp4 a ser compartilhado por e-mail ou integrado a uma apresentação.
    NOTA: Um exemplo do vídeo final é mostrado na Figura 5.

Resultados

De outubro de 2021 a abril de 2023, 28 espécimes oncológicos de cabeça e pescoço foram escaneados em 3D e mapeados virtualmente de acordo com esse protocolo. Esses resultados foram previamente publicados¹³. A maioria das peças cirúrgicas foi carcinoma espinocelular (CEC) (86%, n = 24), sendo os subsítios anatômicos mais comuns a cavidade oral (54%, n = 15) e a laringe (29%, n = 8).

Em todos os casos, os mapas dos espécimes foram compartilhados com cirurgiões a...

Discussão

Tradicionalmente, não há representação visual de um espécime de câncer ressecado. O processamento patológico muitas vezes destrói o espécime. Trabalhos anteriores demonstraram a viabilidade e utilidade da varredura 3D de espécimes oncológicos seguida de anotação virtual dos modelos para criar mapas 3D de espécimes representativos do processamento patológico13,14,15. Isso fornece à equipe multidisciplinar um model...

Materiais

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