Comunicación mejorada de los márgenes tumorales mediante escaneo y mapeo 3D

El objetivo de la resección oncológica es la extirpación completa del cáncer con márgenes quirúrgicos microscópicamente libres de células tumorales. En el cáncer de cabeza y cuello, el estado del margen quirúrgico es el factor de riesgo patológico más importante¹. Un margen quirúrgico positivo aumenta el riesgo de recidiva local a 5 años y de mortalidad por todas las causas en un >90%². A pesar de los avances en la tecnología médica y las técnicas quirúrgicas en los últimos años, las tasas de márgenes positivos en el cáncer de cabeza y cuello siguen siendo altas³. Para los cánceres de cavidad oral localmente avanzados, la tasa de margen positivo en los Estados Unidos es del 18,1 %⁴.

Para que los cirujanos de cabeza y cuello garanticen una resección oncológica completa y minimicen la alteración de las estructuras circundantes, se realiza un muestreo intraoperatorio de los márgenes mediante un análisis de sección congelada (FSA). La FSA proporciona una consulta rápida de patología intraoperatoria que se utiliza ampliamente y es el estándar de atención 5,6,7,8,9. El tejido fresco se congela, se corta en rodajas finas, se coloca en un portaobjetos de vidrio y se tiñe para su interpretación inmediata mientras el paciente aún está bajo anestesia.

Los especímenes oncológicos de cabeza y cuello presentan varios desafíos distintos para evaluar con precisión el estado de los márgenes, incluida la complejidad anatómica de los especímenes de cáncer de cabeza y cuello, la reserva mínima en la región de la cabeza y el cuello para la escisión amplia dada la proximidad a estructuras vitales como los ojos, la cara y los nervios y vasculatura importantes, y los múltiples tipos de tejido que a menudo están presentes en el espécimen resecado (es decir, mucosa, cartílago, músculo, hueso)^10,11. Por lo tanto, un enfoque basado en muestras para el análisis de márgenes requiere un mayor nivel de comunicación entre el cirujano y el patólogo¹². A menudo se justifica una conversación cara a cara para garantizar la orientación correcta de la muestra y la discusión de los márgenes preocupantes. Sin embargo, esto no siempre es seguro o factible, ya que requiere que el cirujano abandone el quirófano (OR) mientras el paciente permanece bajo anestesia general o que el patólogo abandone el laboratorio de patología macroscópica, interrumpiendo su flujo de trabajo. Además, puede haber un tiempo de viaje significativo entre el quirófano y el laboratorio de patología o, en algunos casos, el laboratorio de patología puede estar fuera del sitio por completo.

Después de la FSA, la muestra oncológica se fija en formol y se procesa formalmente mediante entintado, seccionamiento y muestreo de márgenes. El patólogo crea diapositivas e interpreta microscópicamente para crear un informe final de patología. En el caso de la resección compleja del cáncer de cabeza y cuello, esto suele tardar entre 1 y 2 semanas. Desafortunadamente, el procesamiento de la muestra comúnmente resulta en la destrucción de la muestra de cáncer resecada. Esto puede crear más confusión, ya que el informe final de patología, las discusiones de la junta multidisciplinaria de tumores, la planificación de la radioterapia adyuvante y la resección en el establecimiento de márgenes positivos deben realizarse sin un registro visual del espécimen oncológico y su procesamiento patológico.

Para abordar esta necesidad clínica insatisfecha, hemos desarrollado un protocolo de escaneo 3D y mapeo de muestras para mejorar la comunicación entre cirujanos, patólogos y otros miembros del equipo multidisciplinario de atención oncológica.

Este protocolo se realizó en el Centro Médico de la Universidad de Vanderbilt bajo IRB#221597. Los pacientes dieron su consentimiento por escrito para el escaneo 3D ex vivo y el mapeo digital de su muestra quirúrgica antes de la cirugía y la adición de su escaneo a un biorepositorio de modelos de muestras 3D. Los criterios de inclusión fueron pacientes mayores de 18 años con neoplasia de cabeza y cuello presunta o comprobada por biopsia sometidos a resección quirúrgica. Los mapas de especímenes en 3D se crearon en función de las preferencias de los cirujanos y patólogos y la disponibilidad del personal.

Este protocolo sigue las directrices de los comités de ética de investigación en humanos de la Junta de Revisión Institucional (IRB#221597) del Centro Médico de la Universidad de Vanderbilt. Todos los sujetos dieron su consentimiento informado por escrito antes de participar. Todos los datos de los pacientes han sido anonimizados.

1. Configuración del escáner 3D

1. Identifique una estación de trabajo plana de 3 x 2 pies disponible para la configuración del escáner. Asegúrese de que la estación de trabajo sea un entorno oscuro donde el escáner esté encerrado o que las luces de la habitación estén apagadas. Alternativamente, realice un escaneo 3D dentro de una configuración de carro móvil como se ve en la Figura 1.
2. Coloque el trípode de cámara de tres patas en la estación de trabajo plana. Coloque con cuidado la cámara de escaneo 3D en el trípode. Incline la cámara hacia la estación de trabajo en un ángulo de 60°.
3. Conecte el cable de alimentación de dos piezas a una fuente de alimentación externa y a la parte posterior de la cámara.
4. Coloque la plataforma giratoria del escáner a 1 pie delante de la configuración de la cámara 3D y el trípode. Conecte el tocadiscos a la cámara mediante el cable micro-USB.
5. Conecte la cámara a la computadora portátil usando el cable de la cámara a USB. Consulte la Figura 2 para ver la configuración etiquetada.
   NOTA: Si la computadora portátil no tiene un puerto USB, es posible que se requiera un adaptador USB externo. Se recomienda un ratón externo.
6. Apague las luces de la estación de trabajo para calibrar el escáner según las condiciones de iluminación actuales.
7. Mantenga presionado el botón de encendido en la parte posterior de la cámara hasta que aparezca una luz azul.
8. Abra el software de captura 3D en el escritorio de la computadora. Centre el tocadiscos en la cruz proyectada por la cámara.
   NOTA: Asegúrese de que la cámara esté encendida y que las luces estén apagadas antes de abrir el software.

2. Manipulación de muestras

1. Obtener la muestra oncológica resecada del equipo quirúrgico.
2. Enjuague la muestra para eliminar la sangre o el exceso de coágulos de la resección. Seque suavemente.
   NOTA: Este paso es muy importante para obtener un escaneo de alta calidad. El escáner 3D tiene dificultades para recoger datos cuando un espécimen es muy brillante o tiene sangre residual en la superficie.
3. Coloque la muestra sobre una superficie plana y limpia.
4. Con la cámara de un teléfono inteligente o una cámara digital, obtenga imágenes 2D de alta calidad del espécimen. Obtener una fotografía de la superficie anterior del espécimen. Voltee el espécimen exactamente 180° y obtenga una segunda fotografía de la superficie posterior del espécimen.

3. 3D exploración después de la resección en bloque de un tumor sólido

1. Coloque una lámina delgada de plástico en la plataforma giratoria del escáner 3D para proteger los puntos objetivo del tejido humano. Coloque la muestra sobre la lámina de plástico con la superficie anterior hacia arriba.
2. Haga clic en la aplicación de software de escáner 3D en el escritorio de la computadora portátil.
3. Haga clic en el icono del escáner 3D en el lado derecho de la pantalla. Haga clic en el botón Nuevo trabajo .
4. Cree una nueva carpeta, utilizando una convención de nomenclatura que sea fácil de entender.
   NOTA: Recomendación de convención de nomenclatura: AAAA-MM-DD_SPECIMENTYPE
5. Haga clic en Escaneo de textura. Deje en blanco la sección abrir archivo de marcadores globales .
6. Ajuste todas las configuraciones fijas en el menú del lado izquierdo de la pantalla (Figura 3). Selecciona HDR desactivado. seleccione la opción ON para Con tocadiscos. Establezca el modo de alineación = Objetivos codificados de la plataforma giratoria, los pasos de la plataforma giratoria = 8, la velocidad de la plataforma giratoria = 10 y las vueltas de la plataforma giratoria = Una vuelta.
7. Ajuste el brillo deslizando la barra deslizante de brillo hacia la derecha para maximizar la exposición (enrojecimiento) en las superficies oscuras de la muestra, como se muestra en la Figura 3.
   NOTA: Intente maximizar la exposición (enrojecimiento) en las partes de color oscuro de la muestra (músculo, tejido blando) sin sobreexponer (demasiado rojas) las partes de color claro de la muestra (hueso, dientes).
8. Haga clic en el botón de reproducción triangular en la barra de herramientas de la derecha con la etiqueta Iniciar escaneo o presione la barra espaciadora para iniciar la primera ronda de escaneo. Espere a que la plataforma complete las ocho rotaciones (~4 min). No toque el escáner ni el tocadiscos durante este paso.
9. Una vez completado, gire el escaneo para ver si hay datos de escaneo capturados fuera de los puntos verdes que se muestran en la pantalla o algún artefacto obvio. Una vez satisfecho, haga clic en la marca de verificación en el lado derecho de la pantalla de edición para pasar a la siguiente mitad del escaneo.
   1. Si se descubre algún artefacto, presione Mayús y use el cursor para arrastrar un círculo alrededor del artefacto fuera del escaneo deseado. Busque un círculo rojo que aparezca alrededor del artefacto no deseado. Haga clic en el botón Eliminar datos en la barra de herramientas de la derecha designada por un icono de cubo de basura.
10. Con guantes, voltee la muestra para exponer la superficie opuesta. Ajuste el brillo según sea necesario y mantenga todas las demás configuraciones iguales. Repita los pasos 3.8 y 3.9.

4. Alineación y mallado

1. El programa intentará alinear automáticamente la muestra. Si la alineación es precisa (poco frecuente), continúe con el paso 4.4. Si la alineación es deficiente (ver nota), continúe con el paso 4.2.
   NOTA: La alineación precisa se caracteriza por una muestra completamente formada sin espacios ni superposiciones en los lados. Las partes amarillas representan el interior del escaneo y la alineación óptima muestra la menor cantidad de amarillo posible.
2. Para la alineación manual, presione el botón de alineación indicado por una pieza de rompecabezas en la barra de herramientas de la derecha.
3. Realice un registro cruzado de tres puntos para alinear geométricamente los dos escaneos 3D.
   1. Haga clic y arrastre un conjunto de datos de escaneo (Grupo 1 y Grupo 2) a cada uno de los marcos de alineación. Coloque el Grupo 1 en el cuadro Fijo y el Grupo 2 en el cuadro Flotante .
   2. Utilice la función de clic derecho para rotar y colocar las dos mitades de modo que un lado muestre el exterior de la muestra (superficie escaneada en 3D) y la otra mitad muestre el interior de la muestra (amarillo). Orienta las dos mitades de tal manera que las siluetas creen la misma forma si se superponen. Utilice el botón de desplazamiento central del ratón para acercar y alejar el espécimen.
   3. Identifique tres puntos de referencia claros en cada conjunto de datos de escaneo para seleccionarlos como puntos de alineación que están presentes en ambos conjuntos de datos.
      NOTA: Elija tres puntos que estén aproximadamente equidistantes entre sí en los bordes de la muestra. Utilice la topografía única de los escaneos para elegir estos puntos.
   4. Pulse Mayús y haga clic con el botón izquierdo para seleccionar el primero de los tres puntos de alineación correspondientes en cada grupo de datos, tal y como se ha descrito anteriormente. Después de la selección haciendo clic en los dos puntos correspondientes, busque un punto rojo que aparece en las posiciones correspondientes elegidas. Repita este proceso 2 veces y busque puntos verdes para el segundo conjunto de puntos de alineación elegidos y puntos naranjas para el tercer conjunto.
   5. Busque que el resultado de la alineación aparezca en el panel más grande debajo de las dos mitades. Si el escaneo está bien alineado (consulte la NOTA en la sección 4.1 para obtener recomendaciones de alineación óptima), continúe con el paso 4.4. Para repetir el proceso de alineación, continúe con el paso 4.3.6.
   6. Para volver a seleccionar los puntos de alineación, simplemente presione la tecla Control + la tecla Z para deshacer el trabajo anterior o haga clic en el cuadro X en la esquina superior derecha de cada panel y regrese al paso 4.3.1.
   7. Realice estos pasos hasta que la vista preliminar del resultado de la alineación sea precisa.
4. Seleccione el botón cuadrado Optimización global en la barra de herramientas inferior derecha. Continúe a través de las pantallas de optimización, haciendo clic en el botón Confirmar cada vez que se le solicite.
5. Una vez completada la optimización, seleccione el botón triangular Modelo de malla en la parte inferior derecha de la pantalla.
6. Elija la opción de modelo hermético cuando se le solicite. Haga clic en la opción de Detalle medio.
   NOTA: El detalle alto tarda mucho más en renderizarse y no es visualmente mejor que el detalle medio.
7. Utilice las barras deslizantes que aparecen en el lado izquierdo de la pantalla para ajustar el brillo a 50 y el contraste a 0 cuando se le solicite.
8. Haga clic en el botón Guardar su escaneo en la barra de herramientas inferior derecha. Mantenga la relación de escala al 100% para preservar todas las dimensiones originales del espécimen.
9. Exporte el modelo a formatos de archivo 3MF y OBJ y guarde el archivo en la carpeta creada al principio del escaneo. Utilice la convención de nomenclatura como se describe en el paso 2.3.

5. Limpieza

1. Con guantes, retire la muestra de la mesa giratoria. Devuelva la muestra de forma segura al equipo de patología.
2. Retire la lámina de plástico y desinféctela con una toallita. Devuélvelo a su bolsa.
3. Vuelva a colocar el escáner, el tocadiscos y la cámara en sus respectivas ranuras de la caja. Asegúrese de que la cámara esté protegida con una bolsa de plástico o una caja.
4. Desenchufe todos los cables y vuelva a colocarlos en la caja.
5. Limpie el área de escaneo con una toallita desinfectante.

6. Mapeo virtual de especímenes en 3D

1. Cuando la muestra esté lista para su procesamiento, configure la estación de trabajo para que trabaje junto con el miembro del equipo de patología que realizará la toma de muestra.
   NOTA: Es útil utilizar un soporte de computadora rodante para permitir la movilidad y facilitar la comunicación con el equipo de patología.
2. Configure la computadora portátil y el mouse externo en la estación de trabajo. Abra el software de diseño asistido por computadora desde el escritorio de la computadora portátil para anotar virtualmente el modelo 3D.
3. Haga clic en el botón Importar indicado por el icono del signo más e importe el archivo 3mf previamente guardado del escaneo sin procesar del paso 4.9.
   NOTA: Este software no tiene una función de borrado ; solo permite al usuario deshacer el trabajo anterior presionando Ctrl Z. Tenga en cuenta que el usuario no puede volver atrás y cambiar o borrar las marcas en el espécimen una vez que se guarda el mapa.
4. Entintado virtual
   1. Seleccione la herramienta Pincel en la configuración de tamaño 15-30 para delinear los bordes de cada región entintada. Utilice la paleta de colores para representar gráficamente cada superficie entintada utilizando colores de pintura de software simultáneos con los colores de tinta reales.
   2. Utilice la herramienta Pincel en la configuración de tamaño 35-45 para rellenar cada sección entintada con su color correspondiente.
   3. Confirme con el prosector que todos los lados entintados son correctos y tome nota de la orientación anatómica (anterior, posterior, medial, lateral, profunda) de cada lado entintado para la llave.
5. Muestreo de márgenes
   1. Utilice la herramienta Pincel en el ajuste de tamaño 20-25 para diagramar los márgenes perpendiculares y afeitados (en la cara), distinguidos mediante el código de colores.
      NOTA: Por ejemplo, use blanco para denotar márgenes perpendiculares y fucsia para denotar márgenes de afeitado.
   2. Etiquete cada sección muestreada con el número o la letra que corresponde al casete en el que se coloca cada sección.
6. Cortes de planos
   1. Para cualquier corte plano (es decir, el pan corta completamente la muestra), seleccione la herramienta Corte plano en la barra de herramientas del lado izquierdo. Seleccione Mantener ambos en la barra de herramientas superior izquierda.
   2. Dibuje los cortes planos a través de la muestra exactamente como lo hizo el prosector. Asegúrese de que los cortes sean correctos y luego haga clic en aceptar.
7. Finalización y exportación de mapas de especímenes en 3D
   1. Confirme con el prosector para verificar la precisión del mapa de muestras 3D completado. Revise cualquier discrepancia y finalice el mapa.
      NOTA: En la Figura 4 se muestra un ejemplo de un mapa de muestras completo.
   2. En la barra de herramientas superior, haga clic en Archivo | Guardar para guardar el mapa de muestras. Haga clic en Archivo | Exportación | escoger. 3mf para exportar el archivo como un archivo .3mf.

7. Creación de un vídeo distribuible

1. Abra el software de presentación desde el escritorio de la computadora portátil.
2. Asigne un título al archivo de diapositiva con el nombre correspondiente de la muestra que se asignó.
3. Inserte las imágenes 2D tomadas del espécimen y colóquelas en un lado de la diapositiva.
4. Seleccione Insertar en la barra de herramientas superior. Haga clic en el icono del pato de goma y seleccione Insertar modelo 3D.
5. Importe el archivo .3mf del escaneo sin procesar generado en el paso 4.9 y el archivo .3mf de la muestra asignada generada en el paso 6.7.2.
6. Organice los modelos 3D con el escaneo sin procesar y el escaneo mapeado uno al lado del otro. Organice los dos modelos de modo que estén en la misma orientación/alineación y tengan el mismo tamaño.
7. Haga clic en Animaciones en la barra de herramientas superior | seleccione el modelo #1 | seleccione Agregar animación | Tocadiscos | Cambiar la duración a 10 s | seleccione Al hacer clic.
8. Seleccione el modelo #2 y repita el paso 6.8 para el escaneo asignado, pero en el último paso, seleccione Con anterior en lugar de Al hacer clic.
9. Seleccione el modelo #1 y repita el paso 6.8, pero seleccione Opciones de efectos, cambie la dirección del tocadiscos a Arriba y seleccione Después del anterior.
10. Seleccione el modelo #2 y repita el paso 7.9, pero en el último paso, seleccione Con anterior.
11. Seleccione el panel de animación y haga clic en Reproducir todo para comprobar que los escaneos giran al mismo tiempo en la misma dirección.
12. Para crear un video que se pueda compartir, haga clic en Archivo | Exportación | Crear vídeo | Seleccione un archivo de tamaño mediano para exportar un vídeo .mp4 para compartirlo por correo electrónico o integrarlo en una presentación.
    NOTA: En la Figura 5 se muestra un ejemplo del vídeo final.

De octubre de 2021 a abril de 2023, 28 especímenes oncológicos de cabeza y cuello fueron escaneados en 3D y mapeados virtualmente de acuerdo con este protocolo. Estos resultados fueron publicados previamente13. La mayoría de las muestras quirúrgicas fueron carcinoma de células escamosas (CCE) (86%, n = 24), siendo los subsitios anatómicos más comunes la cavidad oral (54%, n = 15) y la laringe (29%, n = 8).

En todos los casos, los mapas de muestras se compartieron con los cirujanos y patólogos antes de la evaluación de las láminas de patología y la distribución del informe final de patología. En el 29% (n = 8) de los casos, los mapas de muestras en 3D se utilizaron para comunicar un margen de preocupación entre cirujanos y patólogos. En la Figura 6 se muestra el uso de un mapa de muestras en 3D para mejorar la comunicación asistencial multidisciplinar a través de videoconferencia.

El estado del margen final se registró para cada uno de los casos y tendió a clasificarse en una de cuatro categorías. (1) Margen positivo: cáncer presente en la muestra resecada sin resección. (2) Margen estrecho: márgenes negativos en el espécimen resecado, pero el margen estuvo dentro de <5 mm de cáncer residual. (3) Margen indeterminado: cáncer presente en el espécimen principal cuando se enviaron especímenes de margen separados del defecto antes o después de que se resecó el espécimen principal, pero no estaba claro que reemplazaran la positividad del área. (4) Margen negativo: No hay células cancerosas presentes en el espécimen principal o en los especímenes de margen separados del defecto con un aclaramiento de >5 mm del margen más cercano. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Figura 1: Carro móvil para escanear. Configuración del carro móvil para un escaneo óptimo en cualquier lugar, que se muestra aquí fuera del quirófano. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Configuración del equipo del escáner 3D. Equipo de escáner etiquetado y configuración final del escáner en el laboratorio de patología. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Configuración del escáner 3D. Ajuste correcto del tocadiscos del escáner y demostración de los ajustes de exposición óptimos en la esquina superior izquierda. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Ejemplo de mapa de muestras en 3D. Mapa de muestras 3D completo de una resección compuesta de cavidad oral que ha sido anotada virtualmente para demostrar los sitios de muestreo de márgenes durante el procesamiento patológico. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Ejemplo de informe de mapa de muestras en 3D. Ejemplo del informe distribuido a los miembros del equipo de atención oncológica después del mapeo de muestras de un OCCR L. El informe se distribuye como un video animado que incluye el escaneo 3D sin procesar, un espécimen virtualmente anotado y una clave que denota el procesamiento patológico. Abreviatura: L OCCR = resección compuesta de la cavidad oral izquierda. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Comunicación del equipo multidisciplinario mediante un mapa de muestras en 3D. El mapa virtual de muestras en 3D se utiliza como herramienta de comunicación y referencia visual en una teleconferencia entre cirujanos y patólogos que establece el diagnóstico final para un caso determinado. Esta figura fue reproducida de Miller et. al.13. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1: Descripción de los casos de mapeo de especímenes en 3D. Esta tabla fue reproducida de Miller et. al.13. Haga clic aquí para descargar esta tabla.

Los autores no tienen intereses financieros contrapuestos que puedan ser revelados.