Background. The main characteristics of augmented reality (AR) and virtual reality (VR) technologies are immersion, presence, and interaction, which are defined by the technology used and individual perception. AR and VR automate processes and assist in areas that require repetitive tasks, particularly in medical education and training, including surgery. Recently, VR and AR have significantly entered the fields of maxillofacial surgery and dentistry, allowing doctors to create 3D models and conduct virtual surgeries, as well as train specialists on virtual models. These new methods require assessment of their usability and accuracy.
Aims — to evaluate the accuracy of our developed augmented reality system for creating surgical access in radicular cysts of the jaws.
Methods. We conducted a clinical comparative study to assess the accuracy of our developed augmented reality system using HoloLens software and Medgital Vision Editor for creating surgical access in radicular cysts of the jaws. Forty patients were selected and divided into three groups: Group 1 (n = 10) consisted of patients operated on using a surgical template; Group 2 (n = 20) consisted of patients operated on using a virtual template and augmented reality (AR); Group 3 (n = 10) consisted of patients operated on using the freehand method. In all three groups, preoperative computer modeling for surgical access, with a diameter of 5 mm, corresponding to a bone trephine, was performed based on CT scans of the jaws and intraoral scanning. Subsequently, all patients underwent surgical access to the cyst using a surgical trephine, followed by cystectomy and closure of the surgical wound. After the surgical intervention, all patients underwent a follow-up CT scan. The obtained CT data (DICOM files) were uploaded into Exoplan 3.0 software. We assessed the differences between the planned preoperative computer modeling and the actual surgical access performed. Furthermore, we analyzed the deviation angles of the formed surgical access and the depth preparation deviations. A statistical analysis of the obtained data was conducted.
Results. The analysis of the angle of deviation of the formed surgical access was 2.82, 2.25, and 9.77 in Groups I, II, and III, respectively. Significant differences were established (p < 0.001; method used — Kruskal–Wallis test). The analysis of the depth preparation deviation showed results of 0.53, 0.73, and 2.38 in Groups I, II, and III, respectively (p < 0.001; method used — Welch’s F-test). The accuracy results of our augmented reality navigation system are comparable to the accuracy achieved with surgical templates and significantly surpass the results obtained with the freehand method.
Conclusion. The accuracy of AR navigation is sufficient for clinical use, but some improvements are necessary.
Обоснование. Основные характеристики технологий дополненной (AR) и виртуальной (VR) реальностей — погружение, присутствие и взаимодействие, определяемые используемой технологией и индивидуальным восприятием. AR и VR автоматизируют процессы и помогают в областях, требующих повторяющихся задач, особенно в медицинском образовании и обучении, включая хирургию. В последнее время VR и AR значимо вошли в челюстно-лицевую хирургию и стоматологию, позволяя врачам создавать 3D-модели и проводить виртуальные операции, а также обучать специалистов на виртуальных моделях. Эти новые методы требуют оценки удобства и точности.
Цель исследования — оценить точность применения разработанной нами системы дополненной реальности для формирования операционного доступа при радикулярных кистах челюстей.
Методы. Проведено клиническое сравнительное исследование, чтобы оценить точность применения разработанной системы дополненной реальности с использованием программного обеспечения HoloLens и Medgital Vision Editor для формирования операционного доступа при радикулярных кистах челюстей. Было отобрано 40 пациентов, которые распределены на три группы: группа 1 (n = 10) — пациенты, прооперированные с использованием хирургического шаблона; группа 2 (n = 20) — пациенты, прооперированные с использованием виртуального шаблона и дополненной реальности (AR); группа 3 (n = 10) — пациенты, прооперированные методом свободной руки. Во всех трех группах проводилось предварительное компьютерное моделирование операционного доступа диаметром 5 мм, соответствующее костному трепану, по данным КЛКТ челюстей и интраорального сканирования. Далее всем пациентам выполнялся операционный доступ к кисте с помощью хирургического трепана, завершалось оперативное вмешательство цистэктомией и ушиванием операционной раны. После оперативного вмешательства всем пациентам выполнено контрольное КЛКТ. Полученные данные КЛКТ (файл DICOM) загружались в программное обеспечение Exoplan 3.0. Проводилась оценка разницы между запланированным при предоперационном компьютерном моделировании и выполненным хирургическим доступом. Далее выполнен анализ углов отклонения сформированного операционного доступа, отклонения глубины препарирования. Проведен статистический анализ полученных данных.
Результаты. Анализ угла отклонения сформированного хирургического доступа составил 2,82; 2,25; 9,77 соответственно в группах 1, 2, 3. В результате сравнения были установлены существенные различия (p < 0,001; используемый метод — критерий Краскела–Уоллиса). Анализ отклонения глубины препарирования составил 0,53; 0,73; 2,38 соответственно в группах 1, 2, 3 (p < 0,001; используемый метод — F-критерий Уэлча). По результатам исследования точность нашей системы навигации на основе технологии AR сопоставима по точности при применении хирургических шаблонов и значительно превосходит результаты, полученные при выполнении вмешательств методом свободной руки.
Заключение. Точность AR-навигации достаточна для клинического использования, но необходимы некоторые улучшения.