Kidney stones are very common — larger stones often need surgery to remove them. John Cousins, 46, a divorced father of two who lives near Southampton, came up with a novel way to help surgeons during his operation, as he tells Angela Epstein. John Cousins (pictured) did not realise he was suffering from kidney stones until he collapsed from an unrelated condition last November . THE PATIENT . My kidney stone took me by surprise — I only discovered I had one after I collapsed with an unrelated condition last November. I run a 3D printing company which makes bones out of plaster of Paris for surgeons to use as practice models for complex orthopaedic operations. During a presentation to surgeons, I was suddenly floored by an agonising pain radiating across my lower stomach. I was taken to Southampton General Hospital, where I was shocked to learn I had an appendicitis. My appendix was removed that night. However, scans also revealed a large stone in my right kidney. Despite its size — 3.5cm by 2.5cm — it had given me none of the usual symptoms, such as pain or blood in the urine. Apparently it had developed because I had a kidney infection, which I didn’t even realise. The doctors said it might grow even bigger, so I was told I’d need further surgery to cut out the stone. It was a lot to take in while also facing having my appendix removed. But I’ve had operations on my knees, back and for hernias, and after my appendix agony I didn’t want even more pain from a growing stone. After they removed my appendix, I began wondering whether 3D technology might be helpful with my kidney operation. I discussed it with my consultant, urological surgeon Bhaskar Somani, suggesting that a life-size model of my kidney with the stone inside might give him accurate information about my operation. After he collapsed, John (pictured) was taken to Southampton General Hospital where he was diagnosed with appendicitis and had his appendix removed . He’d heard of 3D being used in orthopaedic operations such as hip replacements but, as far as he knew, it hadn’t been used with this kind of procedure. He agreed it might help — anything allowing a surgeon to visualise the area in more detail could only make surgery quicker and more accurate. I wasn’t due to have the stone removed until January this year, so, after taking two weeks off work to recover from the appendix operation, I began work on the model. The machine we use for 3D printing, known as an isodo3D, used images of my kidney from CT scans to recreate a model, slice by slice, using layers of plaster of Paris half a millimetre thick. John used images of his kidney from the CT scan to recreate a model, slice by slice using plaster of Paris (pictured). This allows the surgeon to complete surgery faster and more accurately . These layers were then laid on top of each other. The model was made in three coloured parts, so it could be taken apart like Lego pieces. This way, Mr Somani could work out the best angle to go into the kidney with his instruments. This planning can reduce operation times because it means less chance of having to rely on trial and error. The model took four hours to make and I was astonished when I saw the finished product — particularly the size of the stone. I couldn’t understand how something that big hadn’t caused me trouble. When I woke from the three-hour operation, I was a bit sore but was walking around within hours. I was in hospital for five days and had the stitches from my tiny wound taken out two weeks later. The replica of his kidney that John (pictured) created, allowed Mr Somani to work out the best angle to go into the kidney with his instruments . The soreness lasted a few days, but painkillers helped, and I was back in the office within ten days. I don’t know whether that’s because of the kidney model, but I like to think so. I’m planning to make more models for Mr Somani — for ten patients with kidney stones and ten with cancer. They cost £123 — but if it shortens operations and therefore reduces infection risk, it could be of massive benefit to the health service and save money in the long run. THE SURGEON . Bhaskar Somani is a consultant urological surgeon and specialist in endourology at University Hospital Southampton NHS Foundation Trust. Kidney stones occur when waste products removed from the blood form crystals, which over time form hard stones. If they’re not completely blocking tubes in and around the kidneys, they should pass naturally within five weeks. But larger stones can get stuck — they can be extremely painful and lead to infections. John (pictured) is now planning to make more models for Mr Somani, costing £123 a piece . John’s was a large stone that would have been hard to pass and he needed an operation, a keyhole procedure called percutaneous nephrolithotomy. It’s quite complex surgery — there is a risk of bleeding because the kidney has such a rich blood supply. In up to 5 per cent of cases, patients need a transfusion. A CT scan and X-rays are taken beforehand to pinpoint the exact location of a kidney stone. But I felt having a 3D model as well would give us even more detail: I’d be able to hold the model, take it apart, see the exact location of the stone and plan the precise angle of our surgical instruments. I kept the model throughout the surgery to consolidate what I was seeing on screen. We started the procedure by passing a camera — a cystoscope — through the urethra and up into the bladder. This meant I could see the stone on a screen. Then John was turned on his front and I made a 1cm incision on his right-hand side, just below the ribcage in his back. Then we punctured the kidney with a fine needle, which helped create a tract, or tunnel, for us to access the kidney. This was done under X-ray guidance. Next, I passed a hollow tube known as a dilator into this tract, to enlarge it, so we could then insert a telescope, allowing images to be produced on screen. Then, using ultrasound energy pumped through a tiny probe, we broke the stone into fragments, before sucking them out using a pump inserted through the small puncture in the back. Throughout the procedure, having the model as a point of reference was very useful, allowing me to visualise in 3D what was happening at each stage. Typical risks of the procedure include excess bleeding, as well as injuring the structures surrounding the kidney, but having a model helps minimise risks. John has also created a model of a kidney with a cancerous tumour (left). The right-hand picture shows the model of John's own kidney stone . I hope this technology soon becomes widely available. I carry out around 250 kidney-stone procedures a year, around 30 of which are large and complex. The model could speed up procedures like this by 30 minutes as it will take less time to plan how to access the kidney. This in turn could reduce infection time and complication rates. It could be helpful when removing tumours, too. It’s also useful to show the patient a model when explaining the procedure, and it could also help in training the surgeons of tomorrow. ANY DRAWBACKS? ‘There’s no doubt that having a model to study before surgery and then to refer to a during an operation can only increase its success,’ says Christopher Eden, a consultant urologist at the Royal Surrey County Hospital in Guildford. ‘Kidney stones — especially large ones — can involve fairly complicated surgery. And, with keyhole surgery, when you are operating with a telescope, you need to plan in a methodical fashion beforehand. A model like this is certainly the way forward for this sort of surgery.’ The surgery costs between £10,000 and £12,000 privately, and is a similar cost to the NHS.
Kidney stones are very common and often larger ones need to be removed .
John Cousins, 46, has come up with a unique way to help surgeons .
He used images of his kidney from CT scans to recreate a 3D model .
This lets the surgeon to see the area in more detail and speeds up surgery .
אבנים בכליות נפוצות מאוד - אבנים גדולות יותר זקוקות לרוב לניתוח להסרתן. ג'ון קאזינס, בן 46, גרוש אב לשניים המתגורר ליד סאות'המפטון, המציא דרך חדשה לעזור למנתחים במהלך הניתוח שלו, כפי שהוא אומר לאנג'לה אפשטיין. ג'ון קאזינס (בתמונה) לא הבין שהוא סובל מאבנים בכליות עד שהתמוטט ממצב לא קשור בנובמבר האחרון. המטופל . אבן הכליה שלי הפתיעה אותי - גיליתי שיש לי רק לאחר שהתמוטטתי עם מצב לא קשור בנובמבר האחרון. אני מנהל חברת הדפסה תלת מימדית המייצרת עצמות מגבס של פריז כדי שהמנתחים יוכלו להשתמש בהן כמודלים לתרגול לפעולות אורטופדיות מורכבות. במהלך מצגת למנתחים, לפתע הוצפתי בכאב מייסר שהקרין על הבטן התחתונה שלי. נלקחתי לבית החולים הכללי של סאות'המפטון, שם הייתי בהלם לגלות שיש לי דלקת התוספתן. התוספתן שלי הוסר באותו לילה. עם זאת, סריקות גילו גם אבן גדולה בכליה הימנית שלי. למרות גודלו - 3.5 ס"מ על 2.5 ס"מ - הוא לא נתן לי אף אחד מהתסמינים הרגילים, כמו כאב או דם בשתן. כנראה שזה התפתח בגלל שהיה לי דלקת בכליות, שאפילו לא הבנתי. הרופאים אמרו שזה עלול לגדול אפילו יותר, אז נאמר לי שאצטרך ניתוח נוסף כדי לחתוך את האבן. זה היה הרבה שצריך לקחת תוך כדי גם הסרת התוספתן שלי. אבל עברתי ניתוחים בברכיים, בגב ובעקבות, ואחרי ייסורי התוספתן לא רציתי אפילו יותר כאב מאבן גדלה. לאחר שהסירו את התוספתן שלי, התחלתי לתהות האם טכנולוגיית תלת מימד עשויה להועיל בניתוח הכליה שלי. שוחחתי על זה עם היועץ שלי, המנתח האורולוגי בהסקר סומני, והצעתי שדגם בגודל טבעי של הכליה שלי עם האבן בפנים עשוי לתת לו מידע מדויק על הניתוח שלי. לאחר שהתמוטט, ג'ון (בתמונה) נלקח לבית החולים הכללי של סאות'המפטון שם אובחן כסובל מדלקת התוספתן והוסרו לו את התוספתן. הוא שמע על שימוש בתלת מימד בניתוחים אורטופדיים כמו החלפת מפרק ירך, אבל עד כמה שידע, לא נעשה בו שימוש בסוג כזה של הליך. הוא הסכים שזה עשוי לעזור - כל דבר המאפשר למנתח לדמיין את האזור ביתר פירוט יכול רק להפוך את הניתוח למהיר ומדויק יותר. לא הייתי אמורה להסיר את האבן עד ינואר השנה, אז, לאחר שלקחתי שבועיים מהעבודה כדי להתאושש מניתוח התוספתן, התחלתי לעבוד על הדגם. המכונה שבה אנו משתמשים להדפסת תלת מימד, המכונה isodo3D, השתמשה בתמונות של הכליה שלי מסריקות CT כדי ליצור מחדש מודל, פרוסה אחר פרוסה, תוך שימוש בשכבות טיח של פריז בעובי של חצי מילימטר. ג'ון השתמש בתמונות של הכליה שלו מסריקת CT כדי ליצור מחדש מודל, פרוסה אחר פרוסה באמצעות גבס של פריז (בתמונה). זה מאפשר למנתח להשלים את הניתוח מהר יותר ומדויק יותר. שכבות אלו הונחו לאחר מכן זו על גבי זו. הדגם יוצר בשלושה חלקים צבעוניים, כך שניתן היה לפרק אותו כמו חלקי לגו. בדרך זו, מר סומני יכול למצוא את הזווית הטובה ביותר להיכנס לכליה עם המכשירים שלו. תכנון זה יכול לצמצם את זמני הפעולה מכיוון שפירושו פחות סיכוי להסתמך על ניסוי וטעייה. הדגם לקח ארבע שעות לייצר ואני נדהמתי כשראיתי את המוצר המוגמר - במיוחד את גודל האבן. לא יכולתי להבין איך משהו כל כך גדול לא גרם לי לצרות. כשהתעוררתי מהניתוח שנמשך שלוש שעות, קצת כאב לי אבל הסתובבתי תוך שעות. הייתי בבית חולים חמישה ימים והוציאו את התפרים מהפצע הזעיר שלי שבועיים לאחר מכן. העתק של הכליה שלו שג'ון (בתמונה) יצר, אפשר למר סומני למצוא את הזווית הטובה ביותר להיכנס לכליה עם המכשירים שלו. הכאב נמשך כמה ימים, אבל משככי כאבים עזרו, וחזרתי למשרד תוך עשרה ימים. אני לא יודע אם זה בגלל מודל הכליות, אבל אני אוהב לחשוב כך. אני מתכנן ליצור דגמים נוספים עבור מר סומני - עבור עשרה חולים עם אבנים בכליות ועשרה חולי סרטן. הם עולים 123 ליש"ט - אבל אם זה יקצר את הפעולות ולכן יפחית את הסיכון לזיהום, זה יכול להועיל מאוד לשירות הבריאות ולחסוך כסף בטווח הארוך. המנתח . בהסקר סומני הוא מנתח אורולוגי יועץ ומומחה לאנדורולוגיה בבית החולים האוניברסיטאי סאות'המפטון NHS Foundation Trust. אבנים בכליות מתרחשות כאשר חומרי פסולת המורחקים מהדם יוצרים גבישים, אשר לאורך זמן יוצרים אבנים קשות. אם הם לא חוסמים לחלוטין צינורות בתוך ומסביב לכליות, הם צריכים לעבור באופן טבעי תוך חמישה שבועות. אבל אבנים גדולות יותר עלולות להיתקע - הן יכולות להיות כואבות מאוד ולהוביל לזיהומים. ג'ון (בתמונה) מתכנן כעת ליצור דגמים נוספים עבור מר סומני, בעלות של 123 פאונד ליחידה. ג'ון הייתה אבן גדולה שהיה קשה לעבור והוא נזקק לניתוח, הליך של חור מנעול שנקרא כריתת נפרוליטוטומית. זה ניתוח די מורכב - יש סיכון לדימום כי לכליה יש אספקת דם עשירה כל כך. בעד 5 אחוז מהמקרים, החולים זקוקים לעירוי. בדיקת CT וצילומי רנטגן נלקחים מראש כדי לאתר את המיקום המדויק של אבן כליה. אבל הרגשתי שגם מודל תלת מימדי ייתן לנו פרטים נוספים: אוכל להחזיק את המודל, לפרק אותו, לראות את המיקום המדויק של האבן ולתכנן את הזווית המדויקת של מכשירי הניתוח שלנו. שמרתי את המודל לאורך כל הניתוח כדי לגבש את מה שראיתי על המסך. התחלנו את ההליך על ידי העברת מצלמה - ציסטוסקופ - דרך השופכה ועד לשלפוחית ​​השתן. זה אומר שיכולתי לראות את האבן על מסך. ואז ג'ון הופנה בחזיתו ועשיתי חתך של 1 ס"מ בצד ימין שלו, ממש מתחת לכלוב הצלעות בגבו. אחר כך ניקבנו את הכליה עם מחט עדינה, מה שעזר ליצור מערכת, או מנהרה, כדי שנוכל לגשת לכליה. זה נעשה בהנחיית רנטגן. לאחר מכן, העברתי צינור חלול המכונה מרחיב לתוך הצינור הזה, כדי להגדיל אותו, כדי שנוכל להכניס טלסקופ, ולאפשר להפיק תמונות על המסך. לאחר מכן, באמצעות אנרגיית אולטרסאונד שנשאבה דרך בדיקה זעירה, שברנו את האבן לרסיסים, לפני ששאבנו אותם החוצה באמצעות משאבה שהוכנסה דרך הנקב הקטן מאחור. לאורך כל ההליך, השימוש במודל כנקודת התייחסות היה מאוד שימושי, ואפשר לי לדמיין בתלת מימד מה קורה בכל שלב. סיכונים אופייניים של ההליך כוללים דימום עודף, כמו גם פגיעה במבנים המקיפים את הכליה, אבל מודל מסייע למזער סיכונים. ג'ון יצר גם דגם של כליה עם גידול סרטני (משמאל). התמונה הימנית מציגה את הדגם של אבן הכליה של ג'ון עצמו. אני מקווה שהטכנולוגיה הזו תהיה זמינה בקרוב. אני מבצע כ-250 ניתוחי אבנים בכליות בשנה, כ-30 מהם גדולים ומורכבים. המודל יכול להאיץ הליכים כמו זה ב-30 דקות מכיוון שיקח פחות זמן לתכנן כיצד לגשת לכליה. זה בתורו יכול להפחית את זמן ההדבקה ואת שיעורי הסיבוכים. זה יכול להיות מועיל גם בעת הסרת גידולים. זה גם שימושי להראות למטופל מודל כאשר מסבירים את ההליך, וזה יכול גם לעזור בהכשרת המנתחים של המחר. יש חסרונות? "אין ספק שיש מודל לחקור לפני הניתוח ולאחר מכן להתייחס אליו במהלך ניתוח יכול רק להגביר את הצלחתו", אומר כריסטופר עדן, אורולוג יועץ בבית החולים רויאל סארי קאונטי בגילדפורד. "אבנים בכליות - במיוחד גדולות - יכולות להיות כרוכות בניתוח מסובך למדי. ועם ניתוח חור מנעול, כאשר אתה מפעיל טלסקופ, אתה צריך לתכנן בצורה שיטתית מראש. מודל כזה הוא ללא ספק הדרך קדימה לניתוח מסוג זה.' הניתוח עולה בין 10,000 ל-12,000 ליש"ט באופן פרטי, והוא עלות דומה ל-NHS.
אבנים בכליות נפוצות מאוד ולעיתים קרובות יש להסיר גדולות יותר.
ג'ון קאזינס, בן 46, המציא דרך ייחודית לעזור למנתחים.
הוא השתמש בתמונות של הכליה שלו מסריקות CT כדי ליצור מחדש מודל תלת מימד.
זה מאפשר למנתח לראות את האזור ביתר פירוט ומזרז את הניתוח.