urovestВестник урологииUrology Herald2308-6424Rostov State Medical University10.21886/2308-6424-2021-9-3-19-24urovest-468Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESТрёхмерная реконструкция расширенной полостной системы почки по нативной компьютерной томографииThe three-dimensional reconstruction of the dilated renal pelvicalyceal system by non-enhanced computed tomographyhttps://orcid.org/0000-0002-2359-6973ГулиевБ. Г.GulievB. G.

Бахман Гидаятович Гулиев – д.м.н., профессор; профессор кафедры урологии ФГБОУ ВО СЗГМУ им. И. И. Мечникова Минздрава России; руководитель центра урологии с робот-ассистированной хирургией Мариинской больницы

191015, г. Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д. 41

191014, г. Санкт-Петербург, пр-т Литейный, д. 56

тел.: +7 (921) 945-34-80

Bakhman G. Guliev – M.D., Dr. Sc. (M), Full Prof.; Prof., Dept. of Urology, Mechnikov North-West State Medical University; Head, Urology Centre with Robot-assisted Surgery

191015, St. Petersburg, 41 Kirochnaya st.

191014, St. Petersburg, 56 Liteiny ave.

tel.: +7 (921) 945-34-80

gulievbg@mail.ru191015https://orcid.org/0000-0002-8606-9791КомяковБ. К.KomyakovB. K.

Борис Кириллович Комяков – д.м.н., профессор; заведующий кафедрой урологии

191015, г. Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д. 41

Boris K. Komyakov – M.D., Dr. Sc. (M), Full Prof.; Head, Dept. of Urology

191015, St. Petersburg, 41 Kirochnaya st.

komyakovbk@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3521-8937ТалышинскийА. Э.TalyshinskiyA. E.

Талышинский Али Эльманович – клинический ординатор кафедры урологии

191015, г. Санкт-Петербург, ул. Кирочная, д. 41

Ali E. Talyshinskiy – Postgraduate student; Dept. of Urology

191015, St. Petersburg, 41 Kirochnaya st.

ali-ma@mail.ruФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава России; Центр урологии с робот-ассистированной хирургией Мариинской больницыРоссияMechnikov North-Western State Medical University; Urology Centre with Robot-assisted Surgery, St. Petersburg Mariinsky HospitalRussian FederationФГБОУ ВО «Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова» Минздрава РоссииРоссияMechnikov North-Western State Medical UniversityRussian Federation202104102021931924Copyright © Гулиев Б.Г., Комяков Б.К., Талышинский А.Э., 20212021Гулиев Б.Г., Комяков Б.К., Талышинский А.Э.Guliev B.G., Komyakov B.K., Talyshinskiy A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.urovest.ru/jour/article/view/468Введение

Введение. Трёхмерная реконструкция чашечно-лоханочной системы (ЧЛС) почки возможна при проведении компьютерной томографии (КТ) с урографией. Однако использование контрастного вещества имеет свои ограничения, такие как аллергия на препарат и хроническая болезнь почек (ХБП).

Цель исследования

Цель исследования. Описание методики полуавтономного выделения ЧЛС на изображениях нативной КТ с её последующей 3D-реконструкцией при обструкции верхних мочевых путей (ВМП).

Материалы и методы

Материалы и методы. С апреля 2021 по май 2021 года было отобрано 5 пациентов с диагнозом почечная колика, которым выполняли КТ-урографию. Далее с помощью программы Medical Imaging Interaction Toolkit (MITK) и дополнительного алгоритма вручную на каждом нативном срезе отмечали три точки в пределах ЧЛС для определения её границ и построения 3D-модели. Для оценки точности реконструкции проводили сравнение объёма получаемых виртуальных моделей с объёмом контрастной реконструкции. Пять урологов оценивали информативность таких реконструкций для изучения анатомии ЧЛС конкретного пациента. Полученные модели были также проанализированы программистами для пригодности к 3D-печати.

Результаты

Результаты. Средняя площадь поверхности контрастных и бесконтрастных моделей составила 3291 мм2 и 2879 мм2. При сравнении контрастных и бесконтрастных 3D моделей, а также оценке последних для предоперационного планирования и их рентабельности средний балл урологов составил 4,5 из 5,0. Инженеры подтвердили пригодность бесконтрастных моделей для их трёхмерной печати.

Выводы

Выводы. Описанная полуавтономная реконструкция полостной системы почки по бесконтрастным КТ-снимкам позволяет за короткий промежуток времени реконструировать её 3D-вид у пациентов с обструкцией ВМП.

Introduction

Introduction. The three-dimensional reconstruction of the renal pelvicalyceal system (PCS) is possible when performing enhanced computed tomography (CT). However, the use of a contrast agent has its limitations associated with the presence of allergy and chronic kidney disease.

Purpose of the study

Purpose of the study. To describe the method of semi-autonomous three-dimensional (3D) reconstruction of the PCS based on non-enhanced CT images of patients with upper urinary tract obstruction.

Materials and methods

Materials and methods. Five patients diagnosed with renal colic were recruited from April-May 2021. All patients underwent CT-urography after informed consent. Medical Imaging Interaction Toolkit program (MITK) expanded with explainable update were used for 3D-reconstruction of PCS via excretory and native phases. To assess the accuracy of the latter, both contrast and non-contrast models were compared regarding their surface area. Also, the PCS of one patient was used to reconstruct virtual endoscopic views based on enhanced and non-enhanced models. Five urologists estimated their similarity and potential use of non-enhanced models for the interventional planning via a Likert scale questionnaire. The resulting models were also analyzed by programmer-engineers to test their suitability for 3D-printing.

Results

Results. The average surface area of enhanced and non-enhanced models was 3291 mm2 and 2879 mm2, respectively. Obtained models were suitable for their intraluminal reconstruction and potential 3D-printing. Analyzed properties of non-enhanced models were estimated at 4.5 out of 5.0.

Conclusion

Conclusion. The described semi-autonomous reconstruction of the renal PCS based on non-enhanced CT images allows for a short time to reconstruct its 3D-view in patients with the upper urinary tract obstruction.

почкатрёхмерная реконструкцияполость почкинативная КТkidney3D-reconstructionpelvicalyceal systemnon-enhanced CTReferencesBrisbane W, Bailey MR, Sorensen MD. An overview of kidney stone imaging techniques. Nat Rev Urol. 2016;13(11):654-62. DOI: 10.1038/nrurol.2016.154Brisbane W, Bailey MR, Sorensen MD. An overview of kidney stone imaging techniques. Nat Rev Urol. 2016;13(11):654-62. DOI: 10.1038/nrurol.2016.154Rudnick MR, Leonberg-Yoo AK, Litt HI, Cohen RM, hilton S, Reese PP. The Controversy of contrast-Induced nephropathy with Intravenous contrast: What Is the risk? Am J Kidney Dis. 2020;75(1):105-13. DOI: 10.1053/j.ajkd.2019.05.022Rudnick MR, Leonberg-Yoo AK, Litt HI, Cohen RM, hilton S, Reese PP. The Controversy of contrast-Induced nephropathy with Intravenous contrast: What Is the risk? Am J Kidney Dis. 2020;75(1):105-13. DOI: 10.1053/j.ajkd.2019.05.022Shimizu A, Ohno R, Ikegami T, Kobatake H, Nawano S, Smutek D. Segmentation of multiple organs in non-contrast 3D abdominal CT images. Int J CARS. 2007;2:135-42. DOI 10.1007/s11548-007-0135-zShimizu A, Ohno R, Ikegami T, Kobatake H, Nawano S, Smutek D. Segmentation of multiple organs in non-contrast 3D abdominal CT images. Int J CARS. 2007;2:135-42. DOI 10.1007/s11548-007-0135-zParkhomenko E, O’Leary M, Safiullah S, Walia S, Owyong M, Lin C, James R, Okhunov Z, Patel RM, Kaler KS, Landman J, Clayman R. Pilot assessment of Immersive virtual reality Renal Models as an Educational and Preoperative Planning Tool for Percutaneous Nephrolithotomy. J Endourol. 2019;33(4):283-8. DOI: 10.1089/end.2018.0626Parkhomenko E, O’Leary M, Safiullah S, Walia S, Owyong M, Lin C, James R, Okhunov Z, Patel RM, Kaler KS, Landman J, Clayman R. Pilot assessment of Immersive virtual reality Renal Models as an Educational and Preoperative Planning Tool for Percutaneous Nephrolithotomy. J Endourol. 2019;33(4):283-8. DOI: 10.1089/end.2018.0626Sung JM, Jefferson FA, Tapiero S, Patel RM, Owyong M, Xie L, Karani R, Ghamarian P, Lall C, Clayman RV, Landman J. evaluation of a diuresis enhanced non-contrast computed tomography for kidney stones protocol to maximize Collecting System Distention. J Endourol. 2020;34(3):255-61. DOI: 10.1089/end.2019.0719Sung JM, Jefferson FA, Tapiero S, Patel RM, Owyong M, Xie L, Karani R, Ghamarian P, Lall C, Clayman RV, Landman J. evaluation of a diuresis enhanced non-contrast computed tomography for kidney stones protocol to maximize Collecting System Distention. J Endourol. 2020;34(3):255-61. DOI: 10.1089/end.2019.0719Türk C, Petřík A, Sarica K, Seitz C, Skolarikos A, Straub M, Knoll T. EAU guidelines on Interventional treatment for urolithiasis. Eur Urol. 2016;69(3):475-82. DOI: 10.1016/j.eururo.2015.07.041Türk C, Petřík A, Sarica K, Seitz C, Skolarikos A, Straub M, Knoll T. EAU guidelines on Interventional treatment for urolithiasis. Eur Urol. 2016;69(3):475-82. DOI: 10.1016/j.eururo.2015.07.041Shahzad R, Bos D, Budde RP, Pellikaan K, Niessen WJ, van der Lugt A, van Walsum T. Automatic segmentation and quantification of the cardiac structures from non-contrast-enhanced cardiac CT scans. Phys Med Biol. 2017;62(9):3798-813. DOI: 10.1088/1361-6560/aa63cbShahzad R, Bos D, Budde RP, Pellikaan K, Niessen WJ, van der Lugt A, van Walsum T. Automatic segmentation and quantification of the cardiac structures from non-contrast-enhanced cardiac CT scans. Phys Med Biol. 2017;62(9):3798-813. DOI: 10.1088/1361-6560/aa63cbSedghi Gamechi Z, Bons LR, Giordano M, Bos D, Budde RPJ, Kofoed KF, Pedersen JH, Roos-Hesselink JW, de Bruijne M. Automated 3D segmentation and diameter measurement of the thoracic aorta on non-contrast enhanced CT. Eur Radiol. 2019;29(9):4613-23. DOI: 10.1007/s00330-018-5931-zSedghi Gamechi Z, Bons LR, Giordano M, Bos D, Budde RPJ, Kofoed KF, Pedersen JH, Roos-Hesselink JW, de Bruijne M. Automated 3D segmentation and diameter measurement of the thoracic aorta on non-contrast enhanced CT. Eur Radiol. 2019;29(9):4613-23. DOI: 10.1007/s00330-018-5931-zPatel A, Schreuder FHBM, Klijn CJM, Prokop M, Ginneken BV, Marquering HA, Roos YBWEM, Baharoglu MI, Meijer FJA, Manniesing R. Intracerebral Haemorrhage Segmentation in Non-Contrast CT. Sci Rep. 2019;9(1):17858. DOI: 10.1038/s41598-019-54491-6Patel A, Schreuder FHBM, Klijn CJM, Prokop M, Ginneken BV, Marquering HA, Roos YBWEM, Baharoglu MI, Meijer FJA, Manniesing R. Intracerebral Haemorrhage Segmentation in Non-Contrast CT. Sci Rep. 2019;9(1):17858. DOI: 10.1038/s41598-019-54491-6Khalifa F, Elnakib A, Beache GM, Gimel’farb G, El-Ghar MA, Ouseph R, Sokhadze G, Manning S, McClure P, El-Baz A. 3D kidney segmentation from CT images using a level set approach guided by a novel stochastic speed function. Med Image Comput Assist Interv. 2011;14(3):587-94. DOI: 10.1007/978-3-642-23626-6_72Khalifa F, Elnakib A, Beache GM, Gimel’farb G, El-Ghar MA, Ouseph R, Sokhadze G, Manning S, McClure P, El-Baz A. 3D kidney segmentation from CT images using a level set approach guided by a novel stochastic speed function. Med Image Comput Assist Interv. 2011;14(3):587-94. DOI: 10.1007/978-3-642-23626-6_72

The authors declare that there are no conflicts of interest present.