Эндоскопическая хирургия была установлена в качестве основной хирургической процедуры и стала важным методом в ряде медицинских областей. Операции с использованием эндоскопии быстро стали предпочтительным подходом во многих областях медицины из-за их минимальной инвазивности и эффективности в сокращении времени выздоровления в больницах.
- В стоматологии с каждым годом увеличивается доля операций, проводимых с помощью эндоскопии. Некоторые исследования показали эффективность челюстно-лицевой эндоскопической хирургии, включая операции при заболеваниях мягких тканей. Доказано, что минимально инвазивная хирургия также повышает удовлетворенность пациентов эстетическими результатами.
Эндоскопическая хирургия обычно проводится аккуратно при просмотре изображений, отображаемых на камере. Поэтому тренажеры виртуальной реальности были разработаны и внедрены во многие хирургические процедуры, такие как артроскопические или лапароскопические операции. Однако тренажер VR для эндоскопической хирургии опорных мягких тканей еще предстоит разработать для стоматологической и челюстно-лицевой хирургии.
Учебные системы, использующие VR, быстро развиваются в медицинских областях, в которых оперативная процедура может быть многократно симулирована. Для облегчения их применения были разработаны различные учебные программы. Кроме того, были разработаны обучающие системы VR для хирургии твердых тканей полости рта и челюстно-лицевой области, такие как имплантация и апикоэктомия. Тем не менее, было зарегистрировано мало систем для хирургии мягких тканей, так как характеристики мягких тканей трудно воспроизвести в виртуальной реальности.
- Такие исследования помогают созданию системы VR, которая включала бы субмандибулярную железу, сосуд и многослойные соединительные ткани. С помощью вычислительной динамической модели визуализированный компонент был разработан для моделирования физиологической деформации под воздействием внешних сил. Разработанная система может быть полезным инструментом для обучающихся, желающих овладеть основными навыками эндоскопической хирургии мягких тканей полости рта и челюстно-лицевой области, поскольку она может имитировать различные оперативные шаги, используемые во время операции в дополнение к удалению субмандибулярной железы.
Система имитирует движение щипцов на мониторе при работе с тактильным устройством. Изображения VR состояли из нескольких структур: трех слоев соединительной ткани, глобуса, имитирующего субмандибулярную железу, и кровеносного сосуда. Последние две структуры находились под соединительной тканью.
Каждая структура была построена на основе данных, полученных в результате фактических операций, проведенных в учреждениях. Конструкции проектировались с помощью OpenGL на изображение виртуальных объектов, построенное как виртуальные объекты, при этом каждому виртуальному объекту присваивалось значение эластичности и твердости. Таким образом, движение и эластичность виртуальных тканей могут быть настроены на моделирование различных клинических ситуаций.
В программном обеспечении Geomagic Freeform было доступно несколько виртуальных инструментов для прикосновения и истирания, необходимых для эндоскопической хирургии; таким образом, можно манипулировать виртуальными объектами с помощью пинцета на рукоятке устройства.
Работа пинцета в VR, выполняемая оригинальной рукояткой устройства, имитировала открытие и закрытие пинцета Pean, нажав кнопку на рукоятке. Эта операция отличается от реальной хирургической операции. Для максимально точного отображения действительности, пинцет Pean, который будет использоваться в реальной хирургической операции, был прикреплен к оригинальной рукоятке устройства. Пинцет Pean был модифицирован для отправки сигналов через магнитный тростниковый переключатель.
- Была сокращена продолжительность операций, что свидетельствует о том, что точные процедуры выполняются более гладко. Кроме того, симулятор VR может представлять собой более реалистичную среду, использующую пинцет ручки, а не пинцет ручки. В последнее время сократился срок обучения новичков, поскольку моделирование можно проводить за один сеанс.
Эффективность предлагаемой системы обучения оценивалась путем имитации хирургической операции с использованием имитационной модели. Предлагаемая система недорогая и была разработана как портативное учебное устройство, которое можно использовать где угодно. Значительным прогрессом стало развитие тренажерной системы, включающей в себя технику проведения хирургических операций при взгляде на экран. Эндоскопия представляет собой базовую и недорогую технику, при этом небольшие системы обучения доказали свою высокую эффективность для начинающих.
Такие исследования показывают улучшение техники VR после семи или более повторений. Таким образом, разработанная программа обучения показывает свою полезность в совершенствовании техники виртуальной реальности. Произошли значительные различия в производительности модельных лабораторий между группами VR и не-VR с точки зрения продолжительности операции и количества инсультов с использованием пинцета Pean.
Результаты показали, что случайные, менее квалифицированные лица, включенные в группу обучения виртуальной реальности, продемонстрировали значительные улучшения, и этот вывод был вероятен для статистически значимых различий, отмеченных в ходе исследования. Таким образом, эти результаты показывают, что предлагаемая система обучения позволяет студентам, которые являются новичками в медицине и начинающими хирургами, практиковать плавное обращение с инструментами.
- Однако, как тренажерная система, улучшающая современную технику, содержание и выразительность этой системы недостаточны, поэтому спектр операций и визуальных эффектов кровотечения нуждается в улучшении. Для этого вместо увеличения количества сфер, составляющих ткани в виртуальной реальности и накладывающих двухмерные слои, с самого начала следует создавать ткани как трехмерные структуры. Поэтому крайне важно иметь мощный и высокопроизводительный компьютер, способный выполнять расчеты быстрее, чем в настоящее время.
Необходимо также обеспечить, чтобы ощущение силы было так же близко к действительному воздействию хирургического вмешательства. Другими словами, важно измерять фактическую силу, создаваемую во время процедур на реальных тканях в экспериментах на животных, для того чтобы можно было соответствующим образом регулировать силу, моделируемую в виртуальной реальности.
На основе имеющихся в настоящее время моделей виртуальной реальности можно воспроизвести другие операции на мягких тканях в области полости рта.
Такая программа обучения с использованием моделирования VR удаления субмандибулярной железы под эндоскопической помощью продемонстрировала эффективность в сокращении продолжительности операций, сокращении количества необходимых ударов пинцетом и повышении эффективности эндоскопической хирургии. Такие исследования показывают, что необходимо стремиться к точному представлению тактильной обратной связи, с тем чтобы в дополнение к усовершенствованной утилите симулятора виртуальной реальности можно было использовать более точные текстуры модели.
