Einsatz der Augmented-Reality-Technologie bei chirurgischen Eingriffen am Oberkiefer. Klinischer Fall
Maschinenübersetzung
Der Originalartikel ist in RU Sprache (Link zum Lesen) geschrieben.
In diesem Artikel wird die Verwendung von Augmented-Reality-Technologie bei der Behandlung von odontogenen Zysten im Oberkiefer beschrieben, indem das Bild der Computertomographie in HoloLens-Brillen integriert wird. Um eine dreidimensionale Darstellung der Formation zu erhalten, wurde ein spezieller verstellbarer Rahmen mit einem Marker entwickelt, um die Positionierung von Hologrammen anatomischer Strukturen in der gemischten Realität zu ermöglichen.
Einführung
Heutzutage sind Augmented-Reality-Technologien fest im Alltag des Menschen verankert. Sie werden in der Bildung, Robotik, Militärindustrie usw. eingesetzt. In der Kiefer- und Gesichtschirurgie sind diese technischen Errungenschaften ebenfalls ein vielversprechendes Feld. Die Untersuchung der Anwendung von Augmented Reality wird hauptsächlich in der Zahnimplantation, der orthognathischen Chirurgie und der plastischen Chirurgie durchgeführt. Beispielsweise wurde ein System zur Darstellung von Bündeln alveolärer Nerven in der Kiefer- und Gesichtschirurgie entwickelt. Um eine Verbindung zwischen dem virtuellen Bild und dem realen Objekt herzustellen, wurde ein neuer Ansatz verwendet, der auf Markern innerhalb einer Okklusionsschiene basiert.
Die Anwendung der Augmented-Reality-Technologie ermöglicht es, chirurgische Eingriffe mit erheblicher Präzision durchzuführen, die Grenzen der Formation zu bestimmen, den Zugangspunkt festzulegen und eine zusätzliche präoperative Vorbereitung durchzuführen.
Zu den häufigsten chirurgischen Eingriffen im Bereich des Kiefers gehören die Zystektomie oder Zystostomie mit Resektion der Wurzelspitzen.
Bei der Schaffung des Zugangs zur Zystenhöhle ist es notwendig, die äußere kortikale Platte zu trepanieren, um die Hülle der Formation freizulegen, dabei jedoch anatomische Strukturen innerhalb davon zu vermeiden, wie z.B. den Gefäß-Nerven-Bündel, die Wurzeln der vitalen Zähne oder die Kieferhöhle. Chirurgische Eingriffe, die auf die vollständige Entfernung der Formation oder die Verringerung der Größe der Zyste durch deren Dekompression abzielen, sind oft mit dem Risiko der Verletzung anatomischer Strukturen verbunden.
In der Praxis treten am häufigsten folgende Komplikationen auf: Parästhesie aufgrund einer Verletzung des Nervenkanals, Verletzung der Wurzeln vitaler Zähne, die an der Formation angrenzen, Perforation der Höhle der Kieferhöhle und der Nasenhöhle. Die Entwicklung dieser Komplikationen kann durch die Schwierigkeit erklärt werden, die Daten der radiologischen Untersuchung mit dem Operationsbereich zum Zeitpunkt des Eingriffs abzugleichen.
Deshalb ist das Verständnis und Wissen über die individuellen anatomischen Besonderheiten jedes Patienten wichtig für die Entwicklung eines optimalen Behandlungsplans und die Bewertung des Risikos eines chirurgischen Eingriffs.
Ziel dieser Studie war es, das Potenzial der intraoperativen Anwendung der Augmented-Reality-Technologie bei der Behandlung einer odontogenen Zyste des Oberkiefers zu untersuchen.
Materialien und Methoden der Studie
Patient S., 48 Jahre alt, wandte sich mit Beschwerden über Unbehagen im Bereich des fehlenden Zahns 1.2 und der Zähne 2.1-2.2 an die Zahnklinik des NII für Zahnmedizin und Kiefer-Gesichtschirurgie.
Aus den Anamnesedaten: Im Jahr 2019 wurde Zahn 12 entfernt. Eine Behandlung der Zähne 2.1, 2.2 fand nicht statt.
Status localis: Bei der Untersuchung war das Gesicht des Patienten symmetrisch. Die Haut des Gesichts hatte eine physiologische Farbe, ohne pathologische Hautausschläge. Mundöffnung vollständig und schmerzfrei. Schlucken schmerzfrei. Regionale Lymphknoten waren nicht palpierbar. In der Mundhöhle war die Schleimhaut blass-rosa und mäßig feucht. Bei der Massage der Ohrspeicheldrüsen und Unterkieferspeicheldrüsen wurde klarer Speichel ausgeschieden.
Es wurde eine konische Strahl-Computertomographie des Oberkiefers (CBCT) durchgeführt. Die Diagnose lautet: residuelle Zyste des Oberkiefers vom entfernten Zahn 1.2.
Um eine dreidimensionale Darstellung der Formation und ihrer Beziehung zu den umgebenden Strukturen zu erhalten, wurde die DICOM-Datei der radiologischen Untersuchung in das Open-Source-Programm zur Segmentierung medizinischer Bilder 3D-slicer hochgeladen. Die Segmentierung der Zyste und der nächstgelegenen anatomischen Strukturen wurde durchgeführt.
Es wurde festgestellt, dass die Wurzeln der Zähne 2.1 und 2.2 keinen unmittelbaren Kontakt zur Zyste haben.
Die Hülle der Zyste befindet sich in unmittelbarer Nähe der Alveole des entfernten Zahns 1.2 im Bereich der Spitze des alveolären Fortsatzes des Oberkiefers.
Angesichts der großen Größe der Formation, ihrer Lage und dem Status der benachbarten Zähne (Zähne 2.1, 2.2 vital) wurde die Entscheidung getroffen, eine Fistulierung der Zyste mit Unterstützung von Augmented Reality durchzuführen. Die computerbasierte Planung des Fistulationsbereichs unter Berücksichtigung der anatomischen Besonderheiten wurde durchgeführt, und das Design des Dekompressionsrohrs wurde geplant: seine Länge, Breite und Position.
Um die Arbeit mit der Augmented-Reality-Technologie zu realisieren, wurden vorbereitende Maßnahmen durchgeführt. Es wurde ein spezieller verstellbarer Rahmen mit einem Marker zur Positionierung von Hologrammen anatomischer Strukturen in der gemischten Realität entwickelt, der auf den Patienten aufgesetzt und an die Kopfparameter angepasst wird. In diesen Rahmen sind auch röntgendichte Marker integriert, anhand derer die Verknüpfung der CT-Daten des Patienten mit der Position des Rahmens erfolgt. Mit diesem System wird eine CT durchgeführt, und während der Operation wird der Rahmen erneut mit den eingestellten Parametern aufgesetzt, wodurch er in die gleiche Position zurückkehrt, die bei der CT war (Abb. 1).
Im Gegenzug wird das Hologramm mit der Anatomie des Patienten anhand eines an dem Rahmen befestigten Markers angezeigt, wobei die in die Brille integrierte Kamera verwendet wird.
Ein temporärer herausnehmbarer Prothesen mit eingebauter Fistel wurde hergestellt. Der chirurgische Eingriff wurde mit Unterstützung der Augmented Reality in den HoloLens-Brillen (Microsoft Corporation, Redmond, WA) durchgeführt (Abb. 2).
Bei der Schaffung des operativen Zugangs orientierte sich der Chirurg an der Projektion der anatomischen Strukturen und dem empfohlenen, im Voraus geplanten Zugang zur Zyste (Abb. 3).
Die Fistel wurde nach vorher festgelegten Maßen eingesetzt, eine zusätzliche Korrektur war nicht erforderlich.
Die postoperative Phase verlief ohne Besonderheiten. Bei der Kontrolluntersuchung am 3. Tag nach dem operativen Eingriff wurde keine Entzündungsreaktion des umgebenden Gewebes festgestellt. Das Spülen durch die Fistel war unproblematisch (Abb. 4).
Ergebnisse der Studie
Die durch die Segmentierung erhaltenen Objekte der zystischen Bildung, der Zähne und des alveolären Fortsatzes des Oberkiefers wurden mit den realen anatomischen Strukturen im Mundraum zum Zeitpunkt des chirurgischen Eingriffs mittels Augmented-Reality-Technologie kombiniert. Das kombinierte Modell zeigt anschaulich die anatomisch-topografische Lage und Geometrie der Bildung. Diese Informationen ermöglichten es, die Phasen und die Taktik der chirurgischen Behandlung zu bestimmen.
Im dargestellten klinischen Fall wurden anhand der Segmentierung der Daten der konusförmigen Strahlungs-Computertomographie mit anschließender 3D-Modellierung die topografischen Besonderheiten der Bildung identifiziert, die die Behandlungstaktik bestimmten. Mit den Daten zur anatomisch-topografischen Lage, Form und Volumen der Zyste wurde eine Dekompression der Zyste durchgeführt, um die Traumatisierung der chirurgischen Behandlung zu verringern. Das Volumen und die Topografie der Zyste und der angrenzenden anatomischen Strukturen stimmten vollständig mit den während der virtuellen Planung erhaltenen Daten überein.
Fazit
Die Segmentierung von Daten der konusförmigen Computertomographie des Kiefer-Gesichtsbereichs ermöglicht die Erkennung folgender anatomischer Objekte: kortikale und spongiöse Knochenschichten, Kieferhöhle, Nasenhöhle, Zähne, pathologische Formationen im Kiefer, einschließlich odontogener Zysten, sowie deren Wechselwirkungen.
Die Überlagerung dreidimensionaler Modelle, die durch die Segmentierung der Daten der konusförmigen Computertomographie erhalten wurden, auf reale Objekte unter Verwendung von Augmented-Reality-Technologie ist ein vielversprechender Ansatz, der es ermöglicht, die topographisch-anatomische Lage verschiedener Formationen im Kiefer genau und zuverlässig zu bestimmen.
Der Einsatz von Augmented-Reality-Technologie in der Kiefer-Gesichtschirurgie wird es ermöglichen, die optimale Taktik der operativen Behandlung zu bestimmen, das Risiko von Komplikationen zu verringern und die Operationszeit zu verkürzen.
A.V.Lysenko, A.Y.Razumova, A.I.Yaremenko, V.M.Ivanov, S.V.Strelkov
Literaturverzeichnis
Ivanov V.M., Klygach A.S., Strelkov S.V. Halter für Marker, der für die Kopfchirurgie auf der Grundlage von gemischter Realität verwendet wird. Patent RF Nr. 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 Nr. 202367, 2021].
Ivanov V.M., Klygach A.S., Strelkov S.V., Shterenberg S., Levy J. Fortschritte in der erweiterten Realität (AR) für medizinische Simulation und Ausbildung. 3C Tecnología. Glosas de innovación aplicadas a la pyme. Sonderausgabe, April 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. Intraoperativer Einsatz von gemischter Realitätstechnologie bei der Exzision von medianen Hals- und branchialen Zysten // Future Internet 2021, 13(8), 214. https://doi. org/10.3390/fi13080214
Lysenko А., Razumova A., Yaremenko A., Mirzakhmedov R., Zubareva A., Chibisova M. Der erste klinische Einsatz von erweiterter Realität zur Behandlung von Speichelsteinen. Fallberichte in der Zahnheilkunde. 2020 Jul 9;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. Ein neuartiges System der erweiterten Realität zur Anzeige von alveolären Nervenbündeln in der maxillofazialen Chirurgie. Scientific Reports. 2017;7(42365):1-10. doi: 10.1038/srep4236
Waard O., Baan F., Verhamme L., Breuing H., Kuijpers-Jagtman A.M., Maal T. Eine neuartige Methode zur Fusion von intraoralen Scans und Cone-Beam-Computertomographie-Scans für die Planung der orthognathischen Chirurgie. Craniomaxillofaziale Chirurgie. 2016;44(2):160-166. doi: 10.1016/j.jcms.2015.11.017