3D tarama ve haritalama kullanarak tümör sınırlarının gelişmiş iletişimi

Özet

Multidisipliner kanser bakım ekibi arasındaki iletişimi geliştirmek amacıyla kanser rezeksiyonlarının 3D taraması ve sanal haritalanması için yeni bir yöntem önerilmiştir.

Özet

Malign tümörlerin onkolojik rezeksiyonundan sonra, cerrahi sınır durumunu belirlemek için örnekler işlenmek üzere patolojiye gönderilir. Bu sonuçlar yazılı bir patoloji raporu şeklinde iletilir. Mevcut bakım standardı patoloji raporu, rezeke edilen dokunun herhangi bir görsel temsili olmaksızın numunenin ve kenar örnekleme bölgelerinin yazılı bir tanımını sağlar. Numunenin kendisi tipik olarak kesit alma ve analiz sırasında imha edilir. Bu genellikle nihai patoloji raporu onaylandığında patologlar ve cerrahlar arasında zorlu bir iletişime yol açar. Ayrıca, cerrahlar ve patologlar, rezeke edilen kanser örneğini görselleştiren multidisipliner kanser bakım ekibinin tek üyeleridir. Bu karşılanmamış ihtiyacı karşılamak için bir 3D tarama ve numune haritalama protokolü geliştirdik. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı, mürekkepleme ve kenar boşluğu örnekleme alanlarını açıkça gösteren sanal örneğe açıklama eklemek için kullanılır. Bu harita, multidisipliner kanser bakım ekibinin çeşitli üyeleri tarafından kullanılabilir.

Giriş

Onkolojik rezeksiyonun amacı, tümör hücrelerinden mikroskobik olarak temizlenmiş cerrahi sınırlar ile kanserin tamamen çıkarılmasıdır. Baş-boyun kanserinde cerrahi sınır durumu en önemli patolojik risk faktörüdür¹. Pozitif bir cerrahi sınır, 5 yıllık lokal nüks ve tüm nedenlere bağlı mortalite riskini %>90 oranında ^artırır2. Son yıllarda tıbbi teknoloji ve cerrahi tekniklerdeki gelişmelere rağmen, baş-boyun kanserinde pozitif marj oranları yüksek kalmaktadır³. Lokal olarak ilerlemiş ağız boşluğu kanserleri için, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki pozitif marj oranı %18,1'dir4.

Baş ve boyun cerrahları için tam onkolojik rezeksiyonu sağlamak ve çevre yapıların bozulmasını en aza indirmek için, donmuş kesit analizi (FSA) ile intraoperatif kenar örneklemesi yapılır. FSA, yaygın olarak kullanılan ve bakım standardı olan hızlı bir intraoperatif patoloji konsültasyonu sağlar 5,6,7,8,9. Taze doku dondurulur, ince dilimlenir, bir cam lam üzerine yerleştirilir ve hasta hala anestezi altındayken hemen yorumlanmak üzere boyanır.

Baş ve boyun onkolojik örnekleri, baş ve boyun kanseri örneklerinin anatomik karmaşıklığı, gözler, yüz ve önemli sinirler ve damar sistemi gibi hayati yapılara yakınlık göz önüne alındığında geniş eksizyon için baş ve boyun bölgesinde minimum rezerv ve rezeke edilen örnekte sıklıkla bulunan çoklu doku tipleri (örn. mukoza, kıkırdak, kas, kemik)^10,11. Bu nedenle, marj analizine örnek tabanlı bir yaklaşım, cerrah ve patolog arasında gelişmiş bir iletişim düzeyi gerektirir¹². Doğru numune oryantasyonunu ve ilgili marjların tartışılmasını sağlamak için genellikle yüz yüze bir görüşme garanti edilir. Bununla birlikte, hasta genel anestezi altındayken cerrahın ameliyathaneden (OR) ayrılmasını veya patoloğun brüt patoloji laboratuvarından ayrılmasını ve iş akışlarını kesintiye uğratmasını gerektirdiğinden, bu her zaman güvenli veya uygulanabilir değildir. Ek olarak, ameliyathane ile patoloji laboratuvarı arasında önemli bir seyahat süresi olabilir veya bazı durumlarda patoloji laboratuvarı tamamen saha dışında olabilir.

FSA'yı takiben, onkolojik numune formalin içinde sabitlenir ve mürekkepleme, kesit alma ve kenar örnekleme yoluyla resmi olarak işlenir. Slaytlar oluşturulur ve nihai bir patoloji raporu oluşturmak için patolog tarafından mikroskobik olarak yorumlanır. Kompleks baş ve boyun kanseri rezeksiyonu için bu genellikle 1-2 hafta sürebilir. Ne yazık ki, numunenin işlenmesi genellikle rezeke edilen kanser numunesinin yok edilmesiyle sonuçlanır. Nihai patoloji raporu, multidisipliner tümör kurulu tartışmaları, adjuvan radyasyon tedavisi planlaması ve pozitif sınırlar ayarlandığında rezeksiyon, onkolojik spesimenin ve patolojik işleminin görsel bir kaydı olmadan devam etmesi gerektiğinden, bu durum daha fazla kafa karışıklığı yaratabilir.

Bu karşılanmamış klinik ihtiyacı karşılamak için cerrahlar, patologlar ve multidisipliner kanser bakım ekibinin diğer üyeleri arasındaki iletişimi geliştirmek için bir 3D tarama ve numune haritalama protokolü geliştirdik.

Protokol

Bu protokol Vanderbilt Üniversitesi Tıp Merkezi'nde IRB#221597 kapsamında gerçekleştirildi. Hastalar, ameliyattan önce cerrahi örneklerinin ex vivo 3D taraması ve dijital haritalanması ve taramalarının bir 3D numune modeli biyodeposuna eklenmesi için yazılı onay verdiler. Çalışmaya dahil edilme kriterleri, cerrahi rezeksiyon yapılan, şüpheli veya biyopsi ile kanıtlanmış baş ve boyun neoplazmı olan 18 yaş ve üstü hastalardı. Cerrah ve patolog tercihine ve personel uygunluğuna göre 3 boyutlu numune haritaları oluşturuldu.

Bu protokol, Vanderbilt Üniversitesi Tıp Merkezi'ndeki Kurumsal İnceleme Kurulu'nun (IRB # 221597) insan araştırmaları etik kurullarının yönergelerini takip eder. Tüm denekler katılımdan önce yazılı bilgilendirilmiş onam verdiler. Tüm hasta verileri kimliksizleştirildi.

1. 3D tarayıcıyı kurma

1. Tarayıcı kurulumu için 3 x 2 ft düz bir iş istasyonu belirleyin. İş istasyonunun, tarayıcının kapalı olduğu karanlık bir ortam olduğundan veya odadaki ışıkların kapalı olduğundan emin olun. Alternatif olarak, Şekil 1'de görüldüğü gibi bir mobil sepet kurulumunda 3D tarama gerçekleştirin.
2. Üç ayaklı kamera tripodunu düz iş istasyonuna kurun. 3D tarama kamerasını dikkatlice tripoda yerleştirin. Kamerayı 60° açıyla iş istasyonuna doğru açın.
3. İki parçalı güç kablosunu harici bir güç kaynağına ve kameranın arkasına bağlayın.
4. Tarayıcı döner tablasını 3D kamera ve tripod kurulumunun 1 fit önüne yerleştirin. Mikro USB kablosunu kullanarak döner tablayı kameraya bağlayın.
5. Fotoğraf makinesini USB kablosuna kullanarak fotoğraf makinesini dizüstü bilgisayara bağlayın. Etiketli kurulum için Şekil 2'ye bakın.
   NOT: Dizüstü bilgisayarda USB bağlantı noktası yoksa, harici bir USB adaptörü gerekebilir. Harici bir fare önerilir.
6. Tarayıcıyı mevcut aydınlatma koşullarına göre kalibre etmek için iş istasyonundaki ışıkları kapatın.
7. Mavi bir ışık görünene kadar kameranın arkasındaki güç düğmesini basılı tutun.
8. Bilgisayarın masaüstünde 3D yakalama yazılımını açın. Döner tablayı kamera tarafından yansıtılan çapraz olarak ortalayın.
   NOT: Yazılımı açmadan önce kameranın açık ve ışıkların kapalı olduğundan emin olun.

2. Numune işleme

1. Rezeke edilen onkolojik örneği cerrahi ekipten alın.
2. Rezeksiyondan kaynaklanan kan veya fazla pıhtıları çıkarmak için numuneyi durulayın. Yavaşça kurulayın.
   NOT: Bu adım, yüksek kaliteli bir tarama elde etmek için çok önemlidir. 3D tarayıcı, bir numune çok parlak olduğunda veya yüzeyinde kan kalıntısı olduğunda verileri toplamakta zorluk çeker.
3. Numuneyi düz, temiz bir yüzeye yerleştirin.
4. Bir akıllı telefon kamerası veya dijital kamera kullanarak, numunenin yüksek kaliteli 2D görüntülerini elde edin. Numunenin ön yüzeyinin bir fotoğrafını alın. Numuneyi tam olarak 180° çevirin ve numunenin arka yüzeyinin ikinci bir fotoğrafını elde edin.

Solid tümörün en blok rezeksiyonunu takiben 3. 3D taraması

1. Hedef noktaları insan dokusundan korumak için 3D tarayıcı döner tablasına ince bir plastik levha yerleştirin. Numuneyi ön yüzeyi yukarı bakacak şekilde plastik tabaka üzerine yerleştirin.
2. Dizüstü bilgisayarın masaüstündeki 3D tarayıcı yazılımı uygulamasına tıklayın.
3. Ekranın sağ tarafındaki 3D tarayıcı simgesine tıklayın. Yeni Çalışma düğmesine tıklayın.
4. Anlaşılması kolay bir adlandırma kuralı kullanarak yeni bir klasör oluşturun.
   NOT: Adlandırma kuralı önerisi: YYYY-AA-DD_SPECIMENTYPE
5. Doku Taraması'na tıklayın. Açık global işaretçiler dosyası bölümünü boş bırakın.
6. Ekranın sol tarafındaki menüden tüm sabit ayarları yapın (Şekil 3). HDR KAPALI öğesini seçin. Döner Tabla ile için AÇIK seçeneğini seçin. Hizalama modunu ayarlayın = Döner Tabla Kodlu Hedefler, döner tabla adımları = 8, döner tabla hızı = 10 ve döner tabla dönüşleri = Bir Tur.
7. Şekil 3'te gösterildiği gibi numunenin karanlık yüzeylerindeki pozlamayı (kızarıklığı) en üst düzeye çıkarmak için parlaklık kaydırma çubuğunu sağa kaydırarak parlaklığı ayarlayın.
   NOT: Numunenin açık renkli kısımlarını (kemik, dişler) aşırı pozlamadan (çok kırmızı) numunenin koyu renkli kısımlarındaki (kas, yumuşak doku) maruziyeti (kızarıklık) en üst düzeye çıkarmaya çalışın.
8. Taramayı Başlat etiketli sağ araç çubuğundaki üçgen oynat düğmesine tıklayın veya ilk tarama turunu başlatmak için boşluk çubuğuna basın. Platformun sekiz dönüşün tümünü tamamlamasını bekleyin (~4 dakika). Bu adım sırasında tarayıcıya veya döner tablaya dokunmayın.
9. Tamamlandığında, ekranda görüntülenen yeşil noktaların dışında yakalanan herhangi bir tarama verisi veya bariz bir artefakt olup olmadığını görmek için taramayı döndürün. Memnun kaldığınızda, taramanın sonraki yarısına geçmek için düzenleme ekranının sağ tarafındaki onay işaretine tıklayın.
   1. Herhangi bir artefakt bulunursa, Shift tuşuna basın ve imleci kullanarak eserin etrafındaki bir daireyi amaçlanan taramanın dışına sürükleyin. İstenmeyen eserin etrafında görünen kırmızı bir daire arayın. Sağ taraftaki araç çubuğunda bir çöp kutusu simgesiyle belirlenen Verileri sil düğmesine tıklayın.
10. Eldiven kullanarak, karşı yüzeyi ortaya çıkarmak için numuneyi ters çevirin. Parlaklığı gerektiği gibi ayarlayın ve diğer tüm ayarları aynı tutun. 3.8-3.9 arasındaki adımları tekrarlayın.

4. Hizalama ve ağ oluşturma

1. Program, numuneyi otomatik olarak hizalamaya çalışacaktır. Hizalama doğruysa (nadir), adım 4.4'e geçin. Hizalama zayıfsa (nota bakın), adım 4.2'ye geçin.
   NOT: Doğru hizalama, yanlarda herhangi bir boşluk veya üst üste binme olmaksızın tam olarak oluşturulmuş bir numune ile karakterize edilir. Sarı kısımlar taramanın içini temsil eder ve optimum hizalama mümkün olan en az sarı miktarı gösterir.
2. Manuel hizalama için, sağ taraftaki araç çubuğunda bir yapboz parçasıyla gösterilen hizalama düğmesine basın.
3. İki 3D taramayı geometrik olarak hizalamak için üç noktalı çapraz kayıt gerçekleştirin.
   1. Bir tarama verisi kümesini (Grup 1 ve Grup 2) tıklatın ve hizalama çerçevelerinin her birine sürükleyin. Grup 1'i Sabit kutusuna, Grup 2'yi de Yüzen kutusuna yerleştirin.
   2. İki yarıyı, bir tarafı numunenin dışını (3D taranmış yüzey) ve diğer yarısı numunenin içini (sarı) gösterecek şekilde döndürmek ve konumlandırmak için sağ tıklama işlevini kullanın. İki yarıyı, silüetler üst üste bindirildiğinde aynı şekli oluşturacak şekilde yönlendirin. Numuneyi yakınlaştırmak ve uzaklaştırmak için farenin orta kaydırma düğmesini kullanın.
   3. Her iki veri kümesinde de bulunan hizalama noktaları olarak seçilecek her tarama verisi kümesinde üç net yer işareti belirleyin.
      NOT: Numunenin kenarlarında birbirine kabaca eşit uzaklıkta olan üç nokta seçin. Bu noktaları seçmek için taramaların benzersiz topografyasını kullanın.
   4. Yukarıda açıklandığı gibi her bir veri grubunda karşılık gelen üç hizalama noktasından ilkini seçmek için shift tuşuna basın ve sol tıklayın . Karşılık gelen iki noktaya tıklayarak seçimi takiben, seçilen ilgili konumlarda görünen kırmızı bir nokta arayın. Bu işlemi 2 kez tekrarlayın ve seçilen ikinci hizalama noktaları kümesi için yeşil noktaların ve üçüncü küme için turuncu noktaların görünmesine bakın.
   5. Hizalama sonucunun iki yarının altındaki daha büyük bölmede görünüp görünmediğine bakın. Tarama iyi hizalanmışsa (optimum hizalama önerileri için bölüm 4.1'deki NOT'a bakın), adım 4.4'e geçin. Hizalama işlemini tekrarlamak için adım 4.3.6'ya geçin.
   6. Hizalama noktalarını yeniden seçmek için, önceki çalışmayı geri almak için Control tuşu + Z tuşuna basmanız veya her bölmenin sağ üst köşesindeki X kutusuna tıklamanız ve 4.3.1 adımına dönmeniz yeterlidir.
   7. Hizalama sonucu önizlemesi doğru olana kadar bu adımları gerçekleştirin.
4. Sağ alt araç çubuğundaki kare Global Optimizasyon düğmesini seçin. Her istendiğinde Onayla düğmesine tıklayarak optimizasyon ekranlarında ilerleyin.
5. Optimizasyon tamamlandıktan sonra, ekranın sağ alt tarafındaki üçgen Kafes Modeli düğmesini seçin.
6. İstendiğinde su geçirmez model seçeneğini seçin. Orta Detay seçeneğine tıklayın.
   NOT: Yüksek ayrıntının işlenmesi çok daha uzun sürer ve görsel olarak orta ayrıntıdan daha iyi değildir.
7. İstendiğinde parlaklığı 50'ye ve kontrastı 0'a ayarlamak için ekranın sol tarafında görünen kaydırma çubuklarını kullanın.
8. Tıkla Taramanızı Kaydedin sağ alt araç çubuğundaki düğmesine basın. Numunenin tüm orijinal boyutlarını korumak için ölçekleme oranını %100'de tutun.
9. Modeli 3MF ve OBJ dosya formatlarına aktarın ve dosyayı taramanın başında oluşturulan klasöre kaydedin. Adım 2.3'te açıklandığı gibi adlandırma kuralını kullanın.

5. Temizleme

1. Eldiven kullanarak numuneyi döner tabladan çıkarın. Numuneyi güvenli bir şekilde patoloji ekibine iade edin.
2. Plastik tabakayı çıkarın ve bir mendille sterilize edin. Çantasına geri koyun.
3. Tarayıcıyı, döner tablayı ve kamerayı kutudaki ilgili yuvalarına geri koyun. Kameranın plastik bir torba veya kutu ile korunduğundan emin olun.
4. Tüm kabloları çıkarın ve kutuda değiştirin.
5. Tarama alanını dezenfektan mendille temizleyin.

6. Sanal 3D numune haritalama

1. Numune işlenmeye hazır olduğunda, iş istasyonunu, numuneyi alacak patoloji ekibi üyesiyle birlikte çalışacak şekilde ayarlayın.
   NOT: Hareketliliğe izin vermek ve patoloji ekibi ile iletişimi kolaylaştırmak için tekerlekli bir bilgisayar standı kullanmak yararlıdır.
2. Dizüstü bilgisayarı ve harici fareyi iş istasyonuna kurun. 3B modele sanal olarak açıklama eklemek için bilgisayar destekli tasarım yazılımını dizüstü bilgisayar masaüstünden açın.
3. Artı işareti simgesiyle gösterilen İçe Aktar düğmesine tıklayın ve ham taramanın önceden kaydedilmiş 3mf dosyasını 4.9. adımdan içe aktarın.
   NOT: Bu yazılımın silme işlevi yoktur; kullanıcının yalnızca Ctrl Z tuşuna basarak önceki çalışmasını geri almasına izin verir. Harita kaydedildikten sonra kullanıcının geri dönüp numune üzerindeki işaretleri değiştiremeyeceğine veya silemeyeceğine dikkat edin.
4. Sanal mürekkep oluşturma
   1. Mürekkeplenen her bölgenin kenarlıklarının ana hatlarını çizmek için 15-30 boyut ayarında boya fırçası aracını seçin. Gerçek mürekkep renkleriyle eş zamanlı olarak yazılım boya renklerini kullanarak mürekkepli her yüzeyi grafiksel olarak temsil etmek için renk paletini kullanın.
   2. Mürekkepli her bölümü karşılık gelen renkle doldurmak için 35-45 boyut ayarında boya fırçası aracını kullanın.
   3. Prosektör ile tüm mürekkepli tarafların doğru olduğunu onaylayın ve anahtar için her mürekkepli tarafın anatomik oryantasyonunu (ön, arka, medial, lateral, derin) not edin.
5. Marj örneklemesi
   1. Renk kodlaması kullanılarak ayırt edilen dikey ve tıraş (yüz) kenar boşluklarının diyagramını çizmek için 20-25 boyut ayarında boya fırçası aracını kullanın.
      NOT: Örneğin, dik kenar boşluklarını belirtmek için beyaz, tıraş kenar boşluklarını belirtmek için fuşya kullanın.
   2. Örneklenen her bölümü, her bölümün içine yerleştirildiği kasete karşılık gelen sayı veya harfle etiketleyin.
6. Düzlem kesimleri
   1. Herhangi bir düzlem kesimi için (yani, ekmek somunu numuneyi tamamen keser), sol taraftaki araç çubuğundan Düzlem Kesim aracını seçin. Sol üstteki araç çubuğunda Her İkisini de Tut'u seçin.
   2. Düzlemi çizin, numuneyi aynen prosektörün gerçekleştirdiği gibi keser. Kesimlerin doğru olduğundan emin olun ve ardından kabul et'e tıklayın.
7. 3D numune haritası tamamlama ve dışa aktarma
   1. Tamamlanmış 3D numune haritasının doğruluğunu doğrulamak için prosektör ile onaylayın. Tutarsızlıkları gözden geçirin ve haritayı sonlandırın.
      NOT: Tamamlanmış bir numune haritası örneği Şekil 4'te gösterilmiştir.
   2. Üst araç çubuğunda, Dosya | Örnek haritasını kaydetmek için Kaydet'i tıklayın. Dosya | İhracat | seçmek. 3mf dosyayı .3mf dosyası olarak dışa aktarmak için.

7. Dağıtılabilir bir video oluşturma

1. Sunum yazılımını dizüstü bilgisayar masaüstünden açın.
2. Slayt dosyasına, eşlenen örneğin karşılık gelen adını verin.
3. Numuneden alınan 2D görüntüleri yerleştirin ve slaytın bir tarafına yerleştirin.
4. Üst araç çubuğundan Ekle'yi seçin. Lastik ördek simgesine tıklayın ve 3D model ekle'yi seçin.
5. Adım 4.9'da oluşturulan ham taramanın .3mf dosyasını ve adım 6.7.2'de oluşturulan eşlenen örneğin .3mf dosyasını içe aktarın.
6. Ham tarama ve eşlenmiş tarama ile 3B modelleri yan yana düzenleyin. İki modeli aynı yönde/hizalamada ve aynı boyutta olacak şekilde düzenleyin.
7. Üst araç çubuğundaki Animasyonlar'a tıklayın | model #1'i seçin | Animasyon ekle'yi seçin | Döner Tabla | Süreyi 10 sn olarak değiştirin | Tıklandığında'yı seçin.
8. Model #2'yi seçin ve eşlenen tarama için 6.8 adımını yineleyin, ancak son adımda Tıklatıldığında yerine Öncekiyle'yi seçin.
9. Model #1'i seçin ve adım 6.8'i tekrarlayın, ancak Efekt Seçenekleri'ni seçin, döner tabla yönünü Yukarı olarak değiştirin ve Öncekinden sonra'yı seçin.
10. Model #2'yi seçin ve 7.9 adımını tekrarlayın, ancak son adımda Öncekiyle'yi seçin.
11. Animasyon Bölmesini seçin ve taramaların aynı anda aynı yönde döndüğünü kontrol etmek için Tümünü oynat'a tıklayın.
12. Paylaşılabilir bir video oluşturmak için Dosya | İhracat | Video oluştur | E-posta ile paylaşılacak veya bir sunuma entegre edilecek .mp4 bir videoyu dışa aktarmak için Orta Boyutlu Dosya'yı seçin.
    NOT: Son videonun bir örneği Şekil 5'te gösterilmiştir.

Sonuçlar

Ekim 2021'den Nisan 2023'e kadar 28 baş ve boyun onkolojik örneği 3D tarandı ve bu protokole göre sanal olarak haritalandı. Bu sonuçlar daha önce^{yayınlanmıştı 13}. Cerrahi örneklerin çoğunluğu skuamöz hücreli karsinom (SCC) (%86, n=24) olup, en sık görülen anatomik alt bölgeler ağız boşluğu (%54, n=15) ve larinks (%29, n=8) idi.

Tüm olgularda, patoloji preparatlarının değerlendirilmesi ve nihai patoloji raporunun dağıtılmasından önce nu...

Tartışmalar

Geleneksel olarak, rezeke edilmiş bir kanser örneğinin görsel bir temsili yoktur. Patolojik işlem genellikle numuneyi yok eder. Önceki çalışmalar, onkolojik örneklerin 3D taramasının fizibilitesini ve faydasını ve ardından patolojik işlemeyi temsil eden 3D numune haritaları oluşturmak için modellerin sanal açıklamasını göstermiştir 13,14,15. Bu, multidisipliner bakım ekibine kanser örneğinin anatomik ...

Malzemeler

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