Multidisciplinary evaluation of 3D models in epatobiliary surgery

The safety and effectiveness of hepatobiliary surgery is based on a preoperative plan that fits the anatomy of the patient. The liver is a particularly vascularized organ that contains, inside the parenchyma, a complex vascular structure, which can be subject to anatomical variations. For this reason, it is difficult for even the most experienced surgeons to determine by two-dimensional images, typically computed tomography or magnetic resonance, the correct relationship between the tumour and the nearby vascular structures. In addition, any variations from the planned surgical strategy are associated with an increased risk of adverse clinical events in the intra- and post-operative phases. Developments in medical imaging have provided new technologies to support surgeons in performing advanced clinical procedures in order to improve patient benefits and safety. 3D reconstruction allows individualized visualization of the lesion and its spatial relationship with the surrounding vascular structures. It empowered a more accurate and personalized preoperative simulation and intraoperative navigation for a customised guided surgical procedure. The aim of this thesis is to evaluate in a multidisciplinary and multidimensional way the effects of the adoption of 3D reconstruction technology in hepatobiliary surgery. Liver cancer is an increasingly widespread problem in the world with a low survival rate, especially if it involves the bile ducts. For this reason, the use of three-dimensional reconstructions in the pre-operative image acquisition process for surgical planning is increasingly being introduced. These 3D models derive from a post-processing of two-dimensional images, with the aim of creating a reconstruction that respects quality standards, being as close as possible to reality. The advantages in terms of understanding the patient’s anatomy were verified through an ad hoc questionnaire administered to several experienced surgeons. They answered to precise anatomical questions first by looking only at the two-dimensional images and then visualizing the corresponding 3D model. The power of 3D in understanding the anatomy of vascular infiltration have been analysed as some surgeons have changed their response by looking at 3D reconstructions and, in most cases, this response is the same as the actual surgical finding. In addition, the benefits to patients were assessed by analysing an intervention (3D) and a control (2D) group of patients. Intra- and post-operative outcomes are improved with the use of 3D reconstruction. Among the advantages, a decrease of bleeding during the operation, a decrease of the duration of hospitalization and a less recurrence of the tumour have been evidenced. This leads to an improvement in the quality of life of patients during the follow up and a lower expenditure of resources by the hospital, caused by long hospital stays with complications and comorbidities. Thus, it can be concluded that, despite the limited number of patients involved, 3D has many advantages from different points of view. It represents the surgical and dynamic perception of the anatomy of a specific patient, a tool that does not replace traditional two-dimensional images, but it makes preoperative planning more immediate and 'surgical like'.

La sicurezza e l’efficacia della chirurgia epatobiliare si basa su una pianificazione chirurgica adeguata all’anatomia del paziente. Il fegato è un organo particolarmente vascolarizzato che racchiude dentro il parenchima una complessa struttura vascolare, che può essere soggetta a varianti anatomiche. Per questo motivo, risulta difficile anche ai chirurghi più esperti determinare tramite immagini bidimensionali, tipicamente tomografie computerizzate o risonanze magnetiche, la corretta relazione tra il tumore e le strutture vascolari vicine. Inoltre, eventuali variazioni dalla strategia chirurgica pianificata, sono associate ad un aumento del rischio di eventi clinici avversi in fase intra- e post-operatoria. Gli sviluppi nel campo dell’imaging medico hanno fornito nuove tecnologie per supportare i chirurghi nell’esecuzione di procedure cliniche avanzate, al fine di migliorare i benefici e la sicurezza dei pazienti. La ricostruzione 3D permette la visualizzazione individualizzata del sito della lesione e della sua relazione spaziale con le strutture vascolari circostanti. Attraverso una più accurata simulazione preoperatoria e navigazione intraoperatoria, il 3D permette una procedura chirurgica personalizzata a guidata. L’obiettivo di questa tesi è quello di valutare in modo multidisciplinare e multidimensionale gli effetti dell’adozione della tecnologia di ricostruzione 3D in chirurgia epatobiliare. Il tumore al fegato è un problema sempre più diffuso nel mondo e con un basso tasso di sopravvivenza, soprattutto se si tratta di tumore alle vie biliari. Per questo motivo, si sta inserendo sempre di più l’utilizzo delle ricostruzioni tridimensionali nel processo di acquisizione delle immagini preoperatorie per la pianificazione chirurgica. Tali modelli 3D derivano da una successiva elaborazione dell’immagine bidimensionale, al fine di ottenere una ricostruzione che rispetti gli standard di qualità e che sia il più vicino possibile alla realtà. I vantaggi in termini di comprensione dell’anatomia del paziente sono stati verificati attraverso un questionario somministrato a diversi chirurghi esperti, i quali hanno risposto a precisi quesiti anatomici prima guardando solo le immagini bidimensionali e poi visualizzando anche il corrispondente modello tridimensionale. Sono stati così analizzati i vantaggi del 3D nella comprensione dell’anatomia dell’infiltrazione vascolare poiché alcuni chirurghi hanno cambiato la loro risposta guardando le ricostruzioni 3D e, nella maggior parte dei casi, tale risposta è uguale all’effettivo riscontro operatorio. Inoltre, sono stati valutati i benefici nei confronti dei pazienti, analizzando un gruppo di intervento (3D) e di controllo (2D). Gli outcomes intra- e post-operativi risultano migliorare con l’utilizzo della ricostruzione 3D. Tra i vantaggi, sono stati evidenziati soprattutto una diminuzione delle perdite ematiche durante l’intervento, una diminuzione della lunghezza del ricovero ed una minore recidività del tumore. Questo comporta un miglioramento della qualità della vita del paziente dopo il decorso operatorio ed un minore dispendio di risorse da parte dell’ospedale, causato da lunghe degenze con complicanze e comorbidità. Quindi, si può concludere che, nonostante il limitato numero di pazienti coinvolti, il 3D risulta avere numerosi vantaggi sotto diversi punti di vista. Rappresenta la percezione chirurgica e dinamica dell'anatomia di uno specifico paziente, uno strumento che non sostituisce le tradizionali immagini bidimensionali, ma che rende la pianificazione preoperatoria più chiara ed immediata.