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Utilizing 3D Printing and Hydrogel Casting for the Development of Patient-Specific Rehearsal Platforms for Robotic Assisted Partial Nephrectomies - 31/12/20

Doi : 10.1016/j.urology.2020.10.023 
Ahmed Ghazi , Patrick Saba, Rachel Melnyk, Jean Joseph
 University of Rochester Medical Center, Division Department of Urology, 601 Elmwood Ave, Rochester, NY 

Address correspondence to: Ahmed Ghazi, M.D., University of Rochester Medical Center, Division Department of Urology, 601 Elmwood Ave, Rochester, NY 14642University of Rochester Medical CenterDivision Department of Urology601 Elmwood AveRochesterNY14642

Résumé

BACKGROUND

Three-dimensional (3D) printing technology has been utilized to create patient-specific (PS) replicas as visual aids for surgical planning.1, 2, 3, 4 However, they cannot recreate the operative experience due to a lack of realistic tissue characteristics.

OBJECTIVES

Develop anatomically accurate, realistic, PS partial nephrectomy platforms suitable for pre-operative surgical rehearsals using 3D-printing and hydrogel casting.

MATERIAL

Patient CT scans were segmented into a computer-aided design (CAD) file and used to create injection casts. Kidney and tumor casts along with hollow vascular and urinary structures were 3D-printed. The hilar structures and tumor were registered into the kidney cast, injected with poly-vinyl alcohol (PVA) hydrogel, and processed to create the kidney phantom. Mechanical and functional testing protocols were completed to confirm that the properties of PVA matched the live tissue.5 Anatomical accuracy was confirmed by CT scanning the phantom and creating another CAD, which was compared to the original patient CAD. Full-procedural PS rehearsals were completed 24-48 hours prior to their respective live surgeries. Clinically relevant metrics (warm ischemia time, estimated blood loss, and positive surgical margins) from each rehearsal and live case were compared using a Wilcoxon-rank sum test.

RESULTS

The 7%-3freeze/thaw PVA best recreated the mechanical and functional properties of porcine kidneys, while anatomical verification showed ≤1 mm deviation of the kidney and tumor from the patient anatomy and ≤3 mm for the hilar structures. PS rehearsal platforms were fabricated using these methods for 8 patients (average tumor size 5.92 cm and nephrometry score 9.8). A positive correlation was found for warm ischemia time and estimated blood loss between rehearsals and live surgeries.

CONCLUSION

This reproducible method shows high anatomical accuracy, realistic tissue properties, and translational effects between rehearsals and live surgery. To determine the effects on patient outcomes, future studies will compare the impact of completing a pre-operative rehearsal vs standard surgical preparation.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

 Author Disclosure: Dr. Ahmed Ghazi – Consultant for Olympus and Johnson & Johnson, Research Grant from Intuitive (All unrelated to this project)
 All other authors have no conflicts of interest.


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Vol 147

P. 317 - janvier 2021 Retour au numéro
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