Застосування технології доповненої реальності під час оперативних втручань на верхній щелепі. Клінічний випадок
Машинний переклад
Оригінальна стаття написана мовою RU (посилання для прочитання) .
У цій статті описується використання технології доповненої реальності в лікуванні одонтогенної кісти верхньої щелепи за допомогою поєднання зображення комп'ютерної томографії в окулярах HoloLens. Щоб отримати тривимірне уявлення про утворення, розроблена спеціальна регульована рама з маркером для позиціонування голограм анатомічних структур у змішаній реальності.
Вступ
На сьогоднішній день технології доповненої реальності міцно увійшли в повсякденне життя людини. Вони застосовуються в освіті, робототехніці, військовій промисловості тощо. У щелепно-лицевій хірургії ці технічні досягнення також є перспективним напрямком. Вивчення застосування доповненої реальності, в основному, проводиться в дентальній імплантації, ортогнатичній хірургії та пластичній хірургії. Наприклад, була розроблена система для відображення пучків альвеолярних нервів у щелепно-лицевій хірургії. Для встановлення зв'язку між віртуальним зображенням і реальним об'єктом був використаний новий підхід, заснований на маркерах всередині оклюзійної шини.
Використання технології доповненої реальності дозволить проводити оперативні втручання з значною точністю, визначати межі утворення, місце доступу, проводити додаткову передопераційну підготовку.
Одними з найпоширеніших оперативних втручань у галузі щелепи є цистектомія або цистостомія з резекцією верхівок коренів.
При формуванні доступу до порожнини кісти необхідно трепанувати зовнішню кортикальну пластинку, щоб оголити оболонку утворення, уникаючи при цьому анатомічних структур всередині неї, таких як судинно-нервовий пучок, корені зубів або верхньощелепна пазуха. Оперативні втручання, спрямовані на повне видалення утворення або на зменшення розміру кісти за рахунок її декомпресії, часто супроводжуються ризиком травматизації анатомічних структур.
В практиці найчастіше зустрічаються такі ускладнення: парастезія на фоні травми каналу нерва, травма коренів життєздатних зубів, що прилягають до утворення, перфорація порожнини гайморової пазухи та порожнини носа. Розвиток цих ускладнень можна пояснити складністю у співставленні даних рентгенологічного дослідження та зони операції безпосередньо в момент втручання.
Тому розуміння та знання індивідуальних анатомічних особливостей кожного пацієнта важливі для розробки оптимального плану лікування та оцінки ризику хірургічного втручання.
Метою даного дослідження було вивчення потенціалу інтраопераційного застосування технології доповненої реальності при лікуванні одонтогенної кісти верхньої щелепи.
Матеріали та методи дослідження
Пацієнт С., 48 років, звернувся в клініку стоматології НДІ стоматології та щелепно-лицевої хірургії зі скаргами на дискомфорт в області відсутнього зуба 1.2 та зубів 2.1-2.2.
З даних анамнезу: У 2019 році проводилося видалення зуба 12. Лікування зубів 2.1, 2.2 не проводилося.
Status localis: При огляді обличчя пацієнта було симетричним. Шкіра обличчя фізіологічного кольору, без патологічних висипних елементів. Відкриття рота в повному обсязі, безболісно. Проковтування безболісно. Регіонарні лімфатичні вузли не пальпувалися. У порожнині рота слизова оболонка блідо-рожева, помірно зволожена. При масажі околоушних і підщелепних слинних залоз виділялася чиста слина.
Виконано конусно-променеву комп'ютерну томографію верхньої щелепи (КЛКТ). Встановлено діагноз: резидуальна кіста верхньої щелепи від видаленого зуба 1.2.
Щоб отримати тривимірне уявлення про утворення та його взаємозв'язок з навколишніми структурами, DICOM-файл рентгенологічного дослідження був завантажений у програму сегментації медичних зображень з відкритим вихідним кодом 3D-slicer. Виконано сегментацію кісти та найближчих анатомічних утворень.
Виявлено, що корені зубів 2.1 і 2.2 не мають безпосереднього зв'язку з кістою.
Оболонка кісти розташована в безпосередній близькості до лунки видаленого зуба 1.2 в області вершини альвеолярного відростка верхньої щелепи.
Враховуючи великі розміри утворення, його розташування та статус сусідніх зубів (зуби 2.1, 2.2 життєздатні), прийнято рішення про проведення фістулізації кісти за підтримки доповненої реальності. Виконано комп'ютерне планування зони фістулізації, з урахуванням анатомічних особливостей, і сплановано дизайн декомпресійної трубки: її довжина, ширина та розташування.
Для здійснення роботи технології доповненої реальності проведені підготовчі заходи. Розроблена спеціальна регульована рама з маркером для позиціонування голограм анатомічних структур у змішаній реальності, яка надягається на пацієнта і налаштовується під параметри голови. В цю раму також вбудовані рентгеноконтрастні мітки, за якими відбувається прив'язка КЛКТ даних пацієнта до положення рами. З використанням цієї системи робиться КЛКТ, і під час операції рама знову надягається з виставленими параметрами, в результаті чого вона стає в те ж положення, що було на КЛКТ (рис. 1).
У свою чергу, голограма з анатомією пацієнта виставляється по маркеру, закріпленому на рамці, за рахунок використання вбудованої в окуляри відеокамери.
Виготовлено тимчасовий знімний протез з вбудованою фістулою. Оперативне втручання виконувалося при підтримці доповненої реальності в окулярах HoloLens (Microsoft Corporation, Redmond, WA (рис. 2).
В момент формування оперативного доступу хірург орієнтувався на проекцію анатомічних утворень і рекомендований, заздалегідь спланований доступ до кісти (рис. 3).
Встановлено фістулу заздалегідь виготовленими розмірами, додаткова її корекція не знадобилася.
Післяопераційний період проходив без особливостей. При контрольному огляді на 3-ій день після оперативного втручання не виявлено запальної реакції навколишніх тканин. Промивання через фістулу не ускладнене (рис. 4).
Результати дослідження
Отримані в результаті сегментації об'єкти кістозного утворення, зубів та альвеолярного відростка верхньої щелепи поєднані з реальними анатомічними структурами в порожнині рота в момент проведення оперативного втручання за допомогою технології доповненої реальності. Поєднана модель наочно показує анатомо-топографічне положення та геометрію утворення. Ця інформація дозволила визначити етапи та тактику хірургічного лікування.
У представленому клінічному випадку, за результатами сегментації даних конусно-променевої комп'ютерної томографії з подальшим 3D-моделюванням, виявлені топографічні особливості утворення, які визначили тактику лікування. Маючи дані анатомо-топографічного розташування, форми та об'єму кісти, проведена декомпресія кісти для зниження травматичності хірургічного лікування. Об'єм і топографія кісти та прилеглих анатомічних утворень повністю відповідали даним, отриманим в ході віртуального планування.
Висновки
Сегментація даних конусно-променевої комп'ютерної томографії щелепно-лицевої області дозволяє розпізнати наступні анатомічні об'єкти: кортикальний і губчастий шари кісток, верхньощелепний синус, порожнину носа, зуби, патологічні утворення в товщі щелеп, включаючи одонтогенні кісти, а також їх взаємозв'язок.
Накладення тривимірних моделей, отриманих в результаті сегментації даних конусно-променевої комп'ютерної томографії, на реальні об'єкти при використанні технології доповненої реальності є перспективним напрямком, що дозволяє точно і достовірно визначити топографо-анатомічне розташування різних утворень щелеп.
Застосування технології доповненої реальності в щелепно-лицевій хірургії дозволить визначити оптимальну тактику оперативного лікування, знизити ризик розвитку ускладнень і скоротити час операції.
А.В.Лисенко, А.Я.Розумова, А.I.Яременко, В.М.Іванов, С.В.Стрілков
Список літератури
Іванов В.М., Клигач А.С., Стрілков С.В. Тримач маркера, що використовується для хірургії голови на основі змішаної реальності. Патент РФ № 202367, 2021 [Ivanov V.M., Klygach A.S., Strelkov S.V. Derzhatel’ markera, ispol’zuemyj dlya hirurgii golovy na osnove smeshannoj real’nosti. Patent RF № 202367, 2021].
Ivanov V.M., Klygach A.S., Strelkov S.V., Shterenberg S., Levy J. Досягнення в доповненій реальності (AR) для медичної симуляції та навчання. 3C Tecnología. Глоси інновацій, застосовані до малих і середніх підприємств. Спеціальне видання, квітень 2020, 303-312. http://doi.org/10.17993/ 3ctecno.2020.specialissue5.303-31
Ivanov V.M., Krivtsov A.M., Strelkov S.V., Kalakutskiy N.V., Yaremenko A.I., Petropavlovskaya M.Yu., Portnova M.N., Lukina O.V., Litvinov A.P. Внутрішньоопераційне використання технології змішаної реальності при видаленні середньої шийної та брахіальної кісти // Future Internet 2021, 13(8), 214. https://doi. org/10.3390/fi13080214
Лисенко А., Розумова А., Яременко А., Мірзахмедов Р., Зубарєва А., Чибісова М. Перше клінічне використання доповненої реальності для лікування слинних каменів. Звітні випадки в стоматології. 2020 9 липня;2020:5960421. doi: 10.1155/2020/5960421
Zhu M., Liu. F., Chai. G., Pan. J.J., Jiang T., Linh L., Xin Y., Zhang Y., Li Q. Новітня система доповненої реальності для відображення альвеолярних нервових пучків у щелепно-лицевій хірургії. Наукові звіти. 2017;7(42365):1-10. doi: 10.1038/srep4236
Waard O., Baan F., Verhamme L., Breuing H., Kuijpers-Jagtman A.M., Maal T. Новий метод для злиття внутрішньооральних сканів та конусно-променевих комп'ютерних томографічних сканів для планування ортогнатичної хірургії. Краніомаксилофаціальна хірургія. 2016;44(2):160-166. doi: 10.1016/j.jcms.2015.11.017