Применение навигационной системы на основе технологии дополненной реальности в челюстно-лицевой хирургии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Навигационные системы с технологией дополненной реальности позволяют визуализировать различные анатомические структуры челюстно-лицевой области и являются возможной альтернативой стандартным системам хирургической навигации. Мы разработали специальную платформу для управления трёхмерными моделями и применения системы интраоперационной навигации с использованием технологии дополненной реальности при проведении хирургических процедур.

Цель. Оценка восприятия системы навигации с использованием технологии дополненной реальности хирургами и удобство её применения при выполнении наиболее распространённых вмешательств в челюстно-лицевой хирургии.

Материалы и методы. Мы провели фантомное исследование, чтобы определить точность работы системы навигации с использованием технологии дополненной реальности при проведении хирургических операций челюстно-лицевой области. Были определены погрешности регистрации, наблюдаемые в ходе хирургических операций под визуализационным контролем: погрешность регистрации опорных меток, погрешность регистрации мишеней и погрешность локализации опорных меток. После этого было проведено клиническое исследование при участии нескольких хирургов, выполнявших хирургические вмешательства на челюсти с использованием технологии дополненной реальности. По результатам работы с системой навигации с использованием технологии дополненной реальности хирурги заполняли специальный опросник.

Результаты. Среднее значение погрешности регистрации опорных меток составило 0,9 мм (стандартное отклонение 0,7 мм; 95% доверительный интервал 0,4–1,3 мм). Среднее значение погрешности регистрации мишеней составило 1,3 мм (стандартное отклонение 0,5 мм; 95% доверительный интервал 1,1–1,5 мм). Величина погрешности локализации опорных меток была наиболее значительной и составила 2,2 мм (стандартное отклонение 0,9; 95% доверительный интервал 1,9–2,5 мм). Высокие показатели по результатам заполнения опросника для оценки впечатления от использования объяснялись новизной системы навигации с использованием технологии дополненной реальности в челюстно-лицевой хирургии и энтузиазмом от её использования. Прагматический аспект качества касается технической направленности восприятия, то есть насколько продукт, система или услуга помогают достичь целей, поставленных на этапе их разработки. Ожидалось, что эффективность системы будет несколько выше, однако, по нашему мнению, полученные показатели связаны с техническими трудностями, возникшими при реализации новой технологии дополненной реальности в системе.

Заключение. Результаты показали удовлетворительную точность работы системы навигации с использованием технологии дополненной реальности при выполнении операций в челюстно-лицевой хирургии, и опыт её использования у хирургов был положительным.

Об авторах

Анна Валерьевна Лысенко

Научно-исследовательский институт стоматологии и челюстно-лицевой хирургии

Email: lysenko.anna@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5625-1085
SPIN-код: 1296-1399

канд. мед. наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Ильич Яременко

Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Email: ayaremenko@me.com
ORCID iD: 0000-0002-7700-7724
SPIN-код: 7903-8540

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Владимир Михайлович Иванов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: voliva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0001-8194-2718
SPIN-код: 8738-1873

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Антон Юрьевич Смирнов

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Email: ant.suyr@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-2440-2499
SPIN-код: 3559-3318
Россия, Санкт-Петербург

Александр Иванович Любимов

Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова

Email: a-drlyubimov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7872-9593
SPIN-код: 1118-9920

канд. мед. наук, доцент

Россия, Санкт-Петербург

Charles S. M. Izzard

Эксетерский университет

Email: charles.izzard@btinternet.com
ORCID iD: 0009-0007-5893-1448
Великобритания, Эксетер

Алина Аркадьевна Прокофьева

Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова

Автор, ответственный за переписку.
Email: prokofevaaalina@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7461-4633
SPIN-код: 9206-3829
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Lysenko A., Razumova A., Yaremenko A., et al. The use of augmented reality navigation technology in combination with endoscopic surgery for the treatment of an odontogenic cyst of the upper jaw: A technical report // Imaging science in dentistry. 2022. Vol. 52, N 2. P. 225–230. doi: 10.5624/isd.20210256
  2. Лысенко А.В., Разумова А.Я., Яременко А.И. Применение технологии дополненной реальности в качестве навигационной системы при эндовидеоассоциированном удалении кисты верхней челюсти // Стоматология. 2022. Т. 101, № 5. С. 17–21. EDN: FOEOJE doi: 10.17116/stomat202210105117
  3. Bussink T., Maal T., Meulstee J., Xi T. Augmented reality guided condylectomy // British journal of oral and maxillofacial surgery. 2022. Vol. 60, N 7. P. 991–993. doi: 10.1016/j.bjoms.2022.01.008
  4. Shi J., Liu S., Zhu Z., et al. Augmented reality for oral and maxillofacial surgery: The feasibility of a marker-free registration method // The international journal of medical robotics + computer assisted surgery. 2022. Vol. 18, N 4. P. e2401. doi: 10.1002/rcs.2401
  5. Brockmeyer P., Wiechens B., Schliephake H. The Role of Augmented Reality in the Advancement of Minimally Invasive Surgery Procedures: A Scoping Review // Bioengineering (Basel). 2023. Vol. 10, N 4. P. 501. doi: 10.3390/bioengineering10040501
  6. Van Gestel F., Frantz T., Buyck F., et al. Neuro-oncological augmented reality planning for intracranial tumor resection // Frontiers in Neurology. Vol. 14. P. 1104571. doi: 10.3389/fneur.2023.1104571
  7. Farronato M., Maspero C., Lanteri V., et al. Current state of the art in the use of augmented reality in dentistry: a systematic review of the literature // BMC Oral Health. 2019. Vol. 19, N 1. P. 135. doi: 10.1186/s12903-019-0808-3
  8. Stucki J., Dastgir R., Baur D.A., Quereshy F.A. The use of virtual reality and augmented reality in oral and maxillofacial surgery: A narrative review // Oral surgery, oral medicine, oral pathology and oral radiology. 2024. Vol. 137, N 1. P. 12–18. doi: 10.1016/j.oooo.2023.07.001
  9. Cipresso P., Giglioli I.A.C., Raya M.A., Riva G. The Past, Present, and Future of Virtual and Augmented Reality Research: A Network and Cluster Analysis of the Literature // Frontiers in Psychology. 2018. Vol. 9. P. 2086. doi: 10.3389/fpsyg.2018.02086
  10. Yeung A.W.K., Tosevska A., Klager E., et al. Virtual and Augmented Reality Applications in Medicine: Analysis of the Scientific Literature // Journal of medical Internet research. 2021. Vol. 23, N 2. P. e25499. doi: 10.2196/25499

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Проведение конусно-лучевой компьютерной томографии. 1 — держатель; 2 — съёмный локализатор рентгеноконтрастных меток; 3 — три металлических рентгеноконтрастных шарика на лице пациента.

Скачать (163KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Этап сегментации в программе Medgital Vision Editor.

Скачать (240KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Лицо пациента с AR-меткой.

Скачать (160KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изображение лица пациента через AR-очки: контроль местоположения металлических рентгеноконтрастных шариков.

Скачать (146KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Местоположение металлических рентгеноконтрастных шариков на лице пациента: а — проекция шарика через AR-очки; b — местоположение шарика, отмеченное исследователем через AR-очки.

Скачать (193KB)
Метаданные
7. Рис. 6. 3D-модель челюсти с тремя рентгеноконтрастными метками 1, 2 и 3.

Скачать (73KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Рентгеноконтрастные метки на этапе сегментации в программе Medgital Vision Editor.

Скачать (74KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Местоположение рентгеноконтрастной метки через AR-очки.

Скачать (80KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Отмеченное исследователем местоположение рентгеноконтрастных меток через AR-очки.

Скачать (108KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Измерительный стенд.

Скачать (237KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Измерение точности системы дополненной реальности в условиях измерительного стенда: а — метка, установленная с помощью AR-очков; b — смещение отмеченных точек относительно заданных координат. Зелёная точка указывает на запланированное местоположение, красная точка указывает на фактическое местоположение, визуализируемое с помощью AR-очков.

Скачать (242KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Держатели с AR-метками: а — верхняя челюсть; b — нижняя челюсть.

Скачать (115KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Этап сегментации в программе Medgital Vision Editor (инородное тело в верхнечелюстной пазухе).

Скачать (240KB)
Метаданные
15. Рис. 14. Этап планирования хирургического доступа.

Скачать (96KB)
Метаданные
16. Рис. 15. Хирургическое вмешательство в системе AR-навигации: а — этап регистрации; b — визуализация зоны вмешательства и хирургического доступа; c — визуализация хирургического доступа.

Скачать (184KB)
Метаданные
17. Рис. 16. 26 вопросов, включенных в опросник UEQ.

Скачать (557KB)
Метаданные
18. Рис. 17. Угловое отклонение между заданным и фактическим хирургическим доступом: a — трёхмерная визуализация смещения, где зелёным отмечен достигнутый хирургический доступ, розовым — запланированный; b — фронтальный срез, запланированный хирургический доступ (отмечено белым), достигнутый (отмечено зелёным).

Скачать (191KB)
Метаданные
19. Рис. 18. Опросник UEQ для оценки опыта использования системы AR-навигации при проведении вмешательств в челюстно-лицевой хирургии.

Скачать (132KB)
Метаданные
20. Рис. 19. Результаты оценки по всем 26 пунктам опросника UEQ.

Скачать (351KB)
Метаданные
21. Рис. 20. Оценка прагматического и гедонистического аспектов качества, а также общего впечатления от использования.

Скачать (110KB)
Метаданные
22. Рис. 21. Сравнительный график показателей системы AR-навигации для проведения вмешательств в челюстно-лицевой хирургии.

Скачать (153KB)
Метаданные

© Эко-вектор, 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».