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Erschienen in: Surgical Endoscopy 10/2017

09.03.2017

Value of 3D printing for the comprehension of surgical anatomy

verfasst von: Stefania Marconi, Luigi Pugliese, Marta Botti, Andrea Peri, Emma Cavazzi, Saverio Latteri, Ferdinando Auricchio, Andrea Pietrabissa

Erschienen in: Surgical Endoscopy | Ausgabe 10/2017

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Abstract

Background

In a preliminary experience, we claimed the potential value of 3D printing technology for pre-operative counseling and surgical planning. However, no objective analysis has ever assessed its additional benefit in transferring anatomical information from radiology to final users. We decided to validate the pre-operative use of 3D-printed anatomical models in patients with solid organs’ diseases as a new tool to deliver morphological information.

Methods

Fifteen patients scheduled for laparoscopic splenectomy, nephrectomy, or pancreatectomy were selected and, for each, a full-size 3D virtual anatomical object was reconstructed from a contrast-enhanced MDCT (Multiple Detector Computed Tomography) and then prototyped using a 3D printer. After having carefully evaluated—in a random sequence—conventional contrast MDCT scans, virtual 3D reconstructions on a flat monitor, and 3D-printed models of the same anatomy for each selected case, thirty subjects with different expertise in radiological imaging (10 medical students, 10 surgeons and 10 radiologists) were administered a multiple-item questionnaire. Crucial issues for the anatomical understanding and the pre-operative planning of the scheduled procedure were addressed.

Results

The visual and tactile inspection of 3D models allowed the best anatomical understanding, with faster and clearer comprehension of the surgical anatomy. As expected, less experienced medical students perceived the highest benefit (53.9% ± 4.14 of correct answers with 3D-printed models, compared to 53.4 % ± 4.6 with virtual models and 45.5% ± 4.6 with MDCT), followed by surgeons and radiologists. The average time spent by participants in 3D model assessing was shorter (60.67 ± 25.5 s) than the one of the corresponding virtual 3D reconstruction (70.8 ± 28.18 s) or conventional MDCT scan (127.04 ± 35.91 s).

Conclusions

3D-printed models help to transfer complex anatomical information to clinicians, resulting useful in the pre-operative planning, for intra-operative navigation and for surgical training purposes.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Calhoun PS, Kuszyk BS, Heath DG, Carley JC, Fishman EK (1999) Three dimensional volume rendering of spiral ct data: theory and method. Radiographics 19(3):745–764CrossRefPubMed Calhoun PS, Kuszyk BS, Heath DG, Carley JC, Fishman EK (1999) Three dimensional volume rendering of spiral ct data: theory and method. Radiographics 19(3):745–764CrossRefPubMed
3.
Zurück zum Zitat Meijer F, Van der Lubbe RH (2011) Active exploration improves perceptual sensitivity for visual 3D objects in visual recognition tasks. Vision Res 51:2431–2439CrossRefPubMed Meijer F, Van der Lubbe RH (2011) Active exploration improves perceptual sensitivity for visual 3D objects in visual recognition tasks. Vision Res 51:2431–2439CrossRefPubMed
4.
Zurück zum Zitat Rasheed K, Mix D, Chandra A (2015) Numerous applications of 3d printing in vascular surgery. Ann Vasc Surg 29(4):643–644CrossRef Rasheed K, Mix D, Chandra A (2015) Numerous applications of 3d printing in vascular surgery. Ann Vasc Surg 29(4):643–644CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Vicknes W, Vairavan N, Ravindran K (2014) Utility of multimaterial 3D printers in creating models with pathological entities to enhance the training experience of neurosurgeons. J Neurosurg 120:489–492CrossRef Vicknes W, Vairavan N, Ravindran K (2014) Utility of multimaterial 3D printers in creating models with pathological entities to enhance the training experience of neurosurgeons. J Neurosurg 120:489–492CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Jacobs S et al (2008) 3D-imaging of cardiac structures using 3D heart models for planning in heart surgery: a preliminary study. Interact Cardiovasc Thorac Surg 7(1)6–9CrossRefPubMed Jacobs S et al (2008) 3D-imaging of cardiac structures using 3D heart models for planning in heart surgery: a preliminary study. Interact Cardiovasc Thorac Surg 7(1)6–9CrossRefPubMed
7.
Zurück zum Zitat Tam MD, Laycock SD, Bell D, Chosjnowki A (2012) 3D printout of a DICOM file to aid surgical planning in a 6 year old patient with a large scapular osteochondroma complicating congenital diaphyseal aclasia. Radiol Case 6(1):31–37CrossRef Tam MD, Laycock SD, Bell D, Chosjnowki A (2012) 3D printout of a DICOM file to aid surgical planning in a 6 year old patient with a large scapular osteochondroma complicating congenital diaphyseal aclasia. Radiol Case 6(1):31–37CrossRef
8.
Zurück zum Zitat John NW, McCloy RF, Herrman S (2004) Interrogation of patient data delivered to the operating theatre during hepato-pancreatic surgery using high-performance computing. Comput Aided Surg 9:235–242CrossRefPubMed John NW, McCloy RF, Herrman S (2004) Interrogation of patient data delivered to the operating theatre during hepato-pancreatic surgery using high-performance computing. Comput Aided Surg 9:235–242CrossRefPubMed
10.
Zurück zum Zitat Malik HH, Darwood ARJ, Shaunak S, Kulatilake P, El-Hilly AA, Mulki O, Baskaradas A (2015) Three-dimensional printing in surgery: a review of current surgical applications. J Surg Res 199:512–522CrossRefPubMed Malik HH, Darwood ARJ, Shaunak S, Kulatilake P, El-Hilly AA, Mulki O, Baskaradas A (2015) Three-dimensional printing in surgery: a review of current surgical applications. J Surg Res 199:512–522CrossRefPubMed
11.
Zurück zum Zitat Zein NN, Hanouneh A, Bishop PD, Samaan M, Eghtesad B, Quintini C, Miller C, Yerian L, Klatte R (2013) Three-dimensional print of a liver for preoperative planning in living donor liver transplantation. Liver Transpl 19:1304–1310CrossRefPubMed Zein NN, Hanouneh A, Bishop PD, Samaan M, Eghtesad B, Quintini C, Miller C, Yerian L, Klatte R (2013) Three-dimensional print of a liver for preoperative planning in living donor liver transplantation. Liver Transpl 19:1304–1310CrossRefPubMed
12.
Zurück zum Zitat Takahashi K, Sasaki R, Ohkohchi N et al (2010) Preoperative 3D volumetric analysis for liver congestion applied in a patient with hilar cholangiocarcinoma. Langenbecks Arch Surg 395:761–765CrossRefPubMed Takahashi K, Sasaki R, Ohkohchi N et al (2010) Preoperative 3D volumetric analysis for liver congestion applied in a patient with hilar cholangiocarcinoma. Langenbecks Arch Surg 395:761–765CrossRefPubMed
13.
Zurück zum Zitat Pietrabissa A, Marconi S, Peri A, Pugliese L, Auricchio F (2015) From ct scanning to 3-d printing technology for the pre-operative planning in laparoscopic splenectomy. Surg End 30(1), 366–371 Pietrabissa A, Marconi S, Peri A, Pugliese L, Auricchio F (2015) From ct scanning to 3-d printing technology for the pre-operative planning in laparoscopic splenectomy. Surg End 30(1), 366–371
14.
Zurück zum Zitat Hnatkova E, Kratky P, Dvorak Z.(2014) Conversion of 2D medical scan data into 3D printed model. Advanced in Environmental Sciences, Development and Chemistry 315–318 Hnatkova E, Kratky P, Dvorak Z.(2014) Conversion of 2D medical scan data into 3D printed model. Advanced in Environmental Sciences, Development and Chemistry 315–318
15.
Zurück zum Zitat Gibson I, Rosen D, Stucker B (2010) Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing. 2nd edn. Springer, NewyorkCrossRef Gibson I, Rosen D, Stucker B (2010) Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing. 2nd edn. Springer, NewyorkCrossRef
16.
Zurück zum Zitat Wunderlich H, Reichelt O, Schubert R, Zermann DH, Schubert J (2000) Preoperative simulation of partial nephrectomy with three-dimensional computed tomography. BJU Int 86(7):777–781CrossRefPubMed Wunderlich H, Reichelt O, Schubert R, Zermann DH, Schubert J (2000) Preoperative simulation of partial nephrectomy with three-dimensional computed tomography. BJU Int 86(7):777–781CrossRefPubMed
17.
Zurück zum Zitat Rengier R, Mehndiratta A, von Tengg-Kobligk H, Zechmann CM, Unterhinninghofen R, Kauczor HU, Giesel FL (2010) 3D printing based on imaging data: review of medical applications. Int J Comput Assist Radiol Surg 5:335–341CrossRefPubMed Rengier R, Mehndiratta A, von Tengg-Kobligk H, Zechmann CM, Unterhinninghofen R, Kauczor HU, Giesel FL (2010) 3D printing based on imaging data: review of medical applications. Int J Comput Assist Radiol Surg 5:335–341CrossRefPubMed
18.
Zurück zum Zitat Ferrari V, Cappelli C, Megali G, Pietrabissa A (2008) An anatomy driven approach for generation of 3D models from multi-phase ct images. In Proceedings of the International Congress and Exhibition, volume 3, Supplement 1, IJCARS Ferrari V, Cappelli C, Megali G, Pietrabissa A (2008) An anatomy driven approach for generation of 3D models from multi-phase ct images. In Proceedings of the International Congress and Exhibition, volume 3, Supplement 1, IJCARS
19.
Zurück zum Zitat Yushkevich PA, Piven J, Cody Hazlett H, Gimpel Smith R, Ho S, Gee JC, Gerig G (2006) User-guided 3D active contour segmentation of anatomical structures: significantly improved efficiency and reliability. Neuroimage 31:1116–1128CrossRefPubMed Yushkevich PA, Piven J, Cody Hazlett H, Gimpel Smith R, Ho S, Gee JC, Gerig G (2006) User-guided 3D active contour segmentation of anatomical structures: significantly improved efficiency and reliability. Neuroimage 31:1116–1128CrossRefPubMed
20.
Zurück zum Zitat McMenamin PG, Quayle MR, McHenry CR, Adams JW (2014) The production of anatomical teaching resources using three-dimensional (3d) printing technology. Anat Sci Educ 7(6):479–486CrossRefPubMed McMenamin PG, Quayle MR, McHenry CR, Adams JW (2014) The production of anatomical teaching resources using three-dimensional (3d) printing technology. Anat Sci Educ 7(6):479–486CrossRefPubMed
21.
Zurück zum Zitat Waran V, Narayanan V, Karuppiah R, Aziz TZ et al (2014) Injecting realism in surgical training—Initial simulation experience with custom 3D models. J Surg Educ, 71(2):193–197CrossRefPubMed Waran V, Narayanan V, Karuppiah R, Aziz TZ et al (2014) Injecting realism in surgical training—Initial simulation experience with custom 3D models. J Surg Educ, 71(2):193–197CrossRefPubMed
22.
Zurück zum Zitat Martelli N, Serrano C, Borget I et al (2015) Advantages and disadvantages of 3-dimensional printing insurgery: a systematic review. Surgery 159(6):1485–1500CrossRef Martelli N, Serrano C, Borget I et al (2015) Advantages and disadvantages of 3-dimensional printing insurgery: a systematic review. Surgery 159(6):1485–1500CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Kappers AM (2011) Human perception of shape from touch. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 366:31063114CrossRef Kappers AM (2011) Human perception of shape from touch. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 366:31063114CrossRef
24.
Zurück zum Zitat Silberstein JL, Maddox MM, Dorsey P, Feibus A, Thomas R, Lee BR (2014) Physical models of renal malignancies using standard cross-sectional imaging and 3-dimensionalprinters: a pilot study. Urology 84:268–273CrossRefPubMed Silberstein JL, Maddox MM, Dorsey P, Feibus A, Thomas R, Lee BR (2014) Physical models of renal malignancies using standard cross-sectional imaging and 3-dimensionalprinters: a pilot study. Urology 84:268–273CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Value of 3D printing for the comprehension of surgical anatomy
verfasst von
Stefania Marconi
Luigi Pugliese
Marta Botti
Andrea Peri
Emma Cavazzi
Saverio Latteri
Ferdinando Auricchio
Andrea Pietrabissa
Publikationsdatum
09.03.2017
Verlag
Springer US
Erschienen in
Surgical Endoscopy / Ausgabe 10/2017
Print ISSN: 0930-2794
Elektronische ISSN: 1432-2218
DOI
https://doi.org/10.1007/s00464-017-5457-5

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