Aim: We present a newly designed, localiser-free, head-mounted system featuring augmented reality (AR) as an aid to maxillofacial bone surgery, and assess the potential utility of the device by conducting a feasibility study and validation. Also, we implement a novel and ergonomic strategy designed to present AR information to the operating surgeon (hPnP).
Methods: The head-mounted wearable system was developed as a stand- alone, video-based, see-through device in which the visual features were adapted to facilitate maxillofacial bone surgery. The system is designed to exhibit virtual planning overlaying the details of a real patient. We implemented a method allowing performance of waferless, AR-assisted maxillary repositioning. In vitro testing was conducted on a physical replica of a human skull. Surgical accuracy was measured. The outcomes were compared with those expected to be achievable in a three-dimensional environment. Data were derived using three levels of surgical planning, of increasing complexity, and for nine different operators with varying levels of surgical skill.
Results: The mean linear error was 1.70±0.51mm. The axial errors were 0.89±0.54mm on the sagittal axis, 0.60±0.20mm on the frontal axis, and 1.06±0.40mm on the craniocaudal axis. Mean angular errors were also computed. Pitch: 3.13°±1.89°; Roll: 1.99°±0.95°; Yaw: 3.25°±2.26°. No significant difference in terms of error was noticed among operators, despite variations in surgical experience. Feedback from surgeons was acceptable; all tests were completed within 15 min and the tool was considered to be both comfortable and usable in practice.
Conclusion: Our device appears to be accurate when used to assist in waferless maxillary repositioning. Our results suggest that the method can potentially be extended for use with many surgical procedures on the facial skeleton. Further, it would be appropriate to proceed to in vivo testing to assess surgical accuracy under real clinical conditions. / Obiettivo: Presentare un nuovo sistema indossabile, privo di sistema di tracciamento esterno, che utilizzi la realtà aumentata come ausilio alla chirurgia ossea maxillo-facciale. Abbiamo validato il dispositivo. Inoltre, abbiamo implementato un nuovo metodo per presentare le informazioni aumentate al chirurgo (hPnP).
Metodi: Le caratteristiche di visualizzazione del sistema, basato sul paradigma video see-through, sono state sviluppate specificamente per la chirurgia ossea maxillo-facciale. Il dispositivo è progettato per mostrare la pianificazione virtuale della chirurgia sovrapponendola all’anatomia del paziente. Abbiamo implementato un metodo che consente una tecnica senza splint, basata sulla realtà aumentata, per il riposizionamento del mascellare superiore. Il test in vitro è stato condotto su una replica di un cranio umano. La precisione chirurgica è stata misurata confrontando i risultati reali con quelli attesi. Il test è stato condotto utilizzando tre pianificazioni chirurgiche di crescente complessità, per nove operatori con diversi livelli di abilità chirurgica.
Risultati: L'errore lineare medio è stato di 1,70±0,51mm. Gli errori assiali erano: 0,89±0,54mm sull'asse sagittale, 0,60±0,20mm sull'asse frontale, e 1,06±0,40mm sull'asse craniocaudale. Anche gli errori angolari medi sono stati calcolati. Beccheggio: 3.13°±1,89°; Rollio: 1,99°±0,95°; Imbardata: 3.25°±2,26°. Nessuna differenza significativa in termini di errore è stata rilevata tra gli operatori. Il feedback dei chirurghi è stato soddisfacente; tutti i test sono stati completati entro 15 minuti e lo strumento è stato considerato comodo e utilizzabile nella pratica.
Conclusione: Il nostro dispositivo sembra essersi dimostrato preciso se utilizzato per eseguire il riposizionamento del mascellare superiore senza splint. I nostri risultati suggeriscono che il metodo può potenzialmente essere esteso ad altre procedure chirurgiche sullo scheletro facciale. Inoltre, appare utile procedere ai test in vivo per valutare la precisione chirurgica in condizioni cliniche reali.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:unibo.it/oai:amsdottorato.cib.unibo.it:7717 |
| Date | January 1900 |
| Creators | Badiali, Giovanni <1981> |
| Contributors | Marchetti, Claudio |
| Publisher | Alma Mater Studiorum - Università di Bologna |
| Source Sets | Università di Bologna |
| Language | English |
| Detected Language | Italian |
| Type | Doctoral Thesis, PeerReviewed |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/embargoedAccess |
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