Methodenartikel

Protokoll zur Integration von Augmented Reality in den Workflow der kosmetischen Rhinoplastik

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DOI:

10.3791/71617

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25. September 2026

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1Division of Facial Plastic and Reconstructive Surgery, Department of Otolaryngology – Head & Neck Surgery, Vanderbilt University Medical Center, 2John Sealy School of Medicine, University of Texas Medical Branch, 3Department of Otolaryngology – Head & Neck Surgery, Vanderbilt University Medical Center, 4Head & Neck Institute, Cleveland Clinic

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt die Integration von Augmented Reality und dreidimensionaler holografischer Bildgebung in den Workflow der ästhetischen Rhinoplastik, um die intraoperative Visualisierung zu verbessern und die chirurgische Entscheidungsfindung zu erleichtern.

Zusammenfassung

Die ästhetische Rhinoplastik stützt sich häufig auf intraoperative Referenzbilder, um das gewünschte ästhetische Ergebnis des Patienten zu erreichen. Diese Bilder werden jedoch meist in einem zweidimensionalen (2D-)Format dargestellt, was die dreidimensionale (3D-)Nasenanatomie übervereinfacht und vom operativen Feld ablenkt. Die Augmented-Reality-(AR-)Technologie könnte diese Einschränkungen überwinden, indem patientenspezifische 3D-Hologramme in das Sichtfeld des Chirurgen projiziert werden und eine räumliche Echtzeitvisualisierung ermöglichen. Dieser Artikel beschreibt ein Protokoll zur Integration von AR in den Arbeitsablauf der ästhetischen Rhinoplastik mithilfe eines 3D-Gesichtserfassungssystems und einer am Kopf getragenen Mixed-Reality-Anzeige. Präoperative 3D-Gesichtsbilder werden erfasst, gemeinsam mit dem Patienten so verändert, dass sie das gewünschte chirurgische Ergebnis darstellen, als holographische Modelle exportiert und intraoperativ zur visuellen Gegenüberstellung mit dem Operationsfeld angezeigt. Das Protokoll wurde erfolgreich in den chirurgischen Arbeitsablauf integriert und ermöglicht es Chirurgen, holographische Modelle während der präoperativen Planung und intraoperativen Beurteilung im realen Raum zu manipulieren. Dieses Protokoll bietet einen reproduzierbaren Arbeitsablauf für die Einbindung von AR in die ästhetische Rhinoplastik und könnte die intraoperative Visualisierung verbessern, die chirurgische Entscheidungsfindung unterstützen sowie den Vergleich zwischen präoperativer Planung und intraoperativer Anatomie erleichtern.

Einleitung

Die präoperative gemeinsame Entscheidungsfindung mit Patienten ist ein wesentlicher Bestandteil der kosmetischen Rhinoplastik und beinhaltet die Simulation möglicher kosmetischer Ergebnisse unter Berücksichtigung der Patientenwünsche für den Eingriff. Die Fotostimulation unterstützt sowohl Patienten als auch Chirurgen dabei, das gewünschte chirurgische Ergebnis zu visualisieren, und vermittelt gleichzeitig, was realistisch erreichbar ist. Veränderte Bilder werden oft während des Eingriffs als Referenz herangezogen; diese Referenzbilder werden jedoch üblicherweise in einem zweidimensionalen (2D) Format präsentiert, entweder auf Papier gedruckt oder auf einem Computerbildschirm angezeigt. Diese 2D-Formate vereinfachen nicht nur die komplexe dreidimensionale (3D) Anatomie der Nase übermäßig, sondern erfordern auch, dass der Chirurg seine Aufmerksamkeit vom Operationsfeld abwendet1,2.

Die Augmented-Reality-(AR-)Technologie könnte diese Einschränkungen überwinden, indem sie gerenderte 3D-Hologramme direkt ins Sichtfeld des Chirurgen projiziert und so eine räumliche Echtzeitvisualisierung ermöglicht. AR kombiniert computergenerierte Bilder mit der realen Umgebung und wurde bereits in der plastischen Gesichtschirurgie zur Rekonstruktion bei Gesichtstrauma3,4, in der kraniofazialen Chirurgie5 sowie bei der Rekonstruktion von Mikrotien6 eingesetzt, um die intraoperative Visualisierung zu verbessern und den chirurgischen Workflow zu erleichtern. Die Anwendung von AR in der ästhetischen Rhinoplastik ist jedoch bisher begrenzt geblieben. Neuere Studien, die aufkommende Anwendungen von AR- und Mixed-Reality-Technologien in der Gesichtschirurgie und Rhinoplastik beschreiben, umfassen Fallberichte und kleine Fallserien7,8,9,10.

In einer früheren Studie haben wir zwei AR-gestützte Rhinoplastiken an Leichenpräparaten mithilfe einer Mixed-Reality-Head-Mounted-Display-Einheit (Microsoft HoloLens 2; Microsoft Corporation, Redmond, WA, USA) erfolgreich durchgeführt. Anschließend folgte eine Machbarkeitsstudie als Konzeptnachweis für eine AR-gestützte kosmetische Rhinoplastik mit sechs Patienten9. In der vorliegenden Anleitung verwenden wir ein head-mounted Mixed-Reality-Display (Apple Vision Pro; Apple Inc., Cupertino, CA, USA) als Visualisierungsplattform für die intraoperative holographische Führung. Weitere Erwähnungen dieses Geräts werden als Head-Mounted-Display (HMD) bezeichnet. Hier stellen wir ein Protokoll vor, das die Integration von AR in den Arbeitsablauf der kosmetischen Rhinoplastik beschreibt, um die intraoperative Visualisierung zu verbessern und den Vergleich zwischen der präoperativen Planung und der intraoperativen Anatomie zu erleichtern. Dieses AR-System dient als visueller Referenzpunkt und nicht als AR-Führungssystem mit automatischer Registrierung. Die in diesem Protokoll beschriebene Technologie kann sowohl für die chirurgische Planung als auch für die intraoperative Visualisierung genutzt werden. 3D-holographische Bilder können intraoperativ manuell neu positioniert werden, wodurch eine nutzerdefinierte Anpassung des AR-Erlebnisses ermöglicht wird.

Protokoll

Dieses Protokoll wurde am Vanderbilt University Medical Center gemäß den Richtlinien der Institutional Review Board des Vanderbilt University Medical Center durchgeführt (IRB-Zulassung #241657). Alle Teilnehmer gaben vor der Teilnahme eine schriftliche informierte Einwilligung ab, einschließlich der Einwilligung zur intraoperativen Nutzung von AR-Technologie zur Projektion präoperativer und veränderter 3D-Hologrammbilder. Alle Patientendaten wurden anonymisiert. Die Patienten durchliefen eine standardmäßige präoperative Beurteilung und Fotografie mittels eines 3D-Gesichtserfassungssystems mit photorealistischen Wiedergabefunktionen. Als Einschlusskriterien galten Patienten im Alter von 18 Jahren oder älter, die eine kosmetische Rhinoplastik erhielten.

1. 3D-Fotografie

  1. Richten Sie das 3D-Gesichtserfassungssystem gemäß den Anweisungen des Herstellers ein und kalibrieren Sie es.
  2. Öffnen Sie die Software zur Bildaufnahme auf der zugehörigen Arbeitsstation.
  3. Erstellen Sie einen neuen Patientendatensatz und geben Sie die erforderlichen Patientenkennungen ein.
  4. Wählen Sie den Gesichtserfassungsmodus, um eine neue Seite für die 3D-Bildaufnahme zu öffnen.
  5. Platzieren Sie den sitzenden Patienten mit aufrechtem Kopf so, dass er der Kamera zugewandt ist und der Kopf in der Frankfurter Horizontalebene ausgerichtet ist (Abbildung 1).
  6. Richten Sie die Augen des Patienten so genau wie möglich entlang der grünen Referenzlinien aus, die in allen drei Kamerabildern angezeigt werden (Abbildung 2).
  7. Nehmen Sie das 3D-Gesichtsbild auf.
  8. Stellen Sie sicher, dass das aufgenommene Bild automatisch in die Renderumgebung geladen wird (Abbildung 3).
  9. Speichern Sie das Bild und benennen Sie die Datei um, um sie vom anschließend erstellten verformten Bild zu unterscheiden.

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Abbildung 1: Aufbau des dreidimensionalen Gesichtserfassungssystems. Das zur Erfassung präoperativer Bilder verwendete dreidimensionale Gesichtserfassungssystem. Der Patient sollte aufrecht sitzen und so positioniert sein, dass er dem Kamerasystem zugewandt ist, wobei der Kopf vor der Bildaufnahme in der Frankfurter Horizontalebene ausgerichtet sein sollte. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

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Abbildung 2: Ausrichtung des Patienten während der dreidimensionalen Bildaufnahme. Beispielhafte Ausrichtungsschnittstelle zur Demonstration der korrekten Positionierung des Patienten vor der Bildaufnahme. Die Augen des Patienten sollten in allen Kameraperspektiven innerhalb der Referenzhilfen ausgerichtet sein, um eine standardisierte dreidimensionale Gesichtsbildaufnahme sicherzustellen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

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Abbildung 3: Dreidimensionale Gesichtsrekonstruktion und Morphing-Oberfläche. Beispielhafte dreidimensionale Gesichtsrekonstruktionsumgebung zur präoperativen Bildbearbeitung. Der rote Kreis zeigt das Rhinoplastie-Morphing-Werkzeug, das zur Simulation des gewünschten ästhetischen Ergebnisses vor dem Export des dreidimensionalen Modells zur Hologrammerzeugung verwendet wird. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.

2. Verformung des Bildes

  1. Wählen Sie das Rhinoplastik-Morphing-Werkzeug innerhalb der Renderumgebung aus (Abbildung 3).
  2. Morphen Sie das Bild in Absprache mit dem Patienten, um das gewünschte kosmetische Ergebnis darzustellen.
  3. Speichern Sie das bearbeitete Bild als neue Datei mit einem eindeutigen Namen.
    HINWEIS: Die Gesichtsmorphing-Software dient der chirurgischen Planung, und die resultierenden Modelle können anschließend für experimentelle 3D-intraoperative Visualisierungen verwendet werden.

3. Export von 3D-Bildern und Dateikonvertierung

  1. Bildexport
    1. Wählen Sie das Basis-Voroperationsbild auf der Startseite des Patienten aus.
    2. Klicken Sie auf das Export-Symbol in der oberen linken Ecke, um das Bild in der 3D-Analyseumgebung zu öffnen.
    3. Wählen Sie im Dropdown-Menü nacheinander Datei und dann Exportieren aus.
    4. Exportieren Sie das voroperative 3D-Bild als .obj-Datei.
      HINWEIS: Beim Exportieren des Bildes werden automatisch eine entsprechende .mtl-Datei sowie drei .jpg-Dateien (jeweils eine aus jeder Kameraperspektive) generiert, die am ausgewählten Speicherort abgelegt werden.
    5. Wiederholen Sie den Exportvorgang für das modellierte kosmetische Zielbild.
      HINWEIS: Jeder Patient sollte insgesamt über 10 exportierte Dateien verfügen: fünf Dateien für das Voroperationsmodell (eine .obj-, eine .mtl- und drei .jpg-Dateien) sowie fünf Dateien für das modellierte kosmetische Zielmodell. Speichern Sie alle Dateien in einem Ordner, der die eindeutigen Identifikatoren des Patienten enthält.
    6. Konvertieren Sie jedes exportierte 3D-Modell in das .glb-Format, bevor es auf die Online-Hologramm-Verwaltungsplattform hochgeladen wird.
      HINWEIS: Die endgültige .glb-Datei sollte zwischen 2 MB und 10 MB groß sein. Alternativ können gleichwertige Softwarelösungen zur Dateikonvertierung oder neuere Softwareversionen verwendet werden, die das gleiche Ergebnis liefern.
  2. Konvertierung in das .glb-Format und Reduzierung der Dateigröße
    1. Importieren Sie die .obj-Datei in ein Projekt einer CAD-Software (Computer-Aided Design).
    2. Exportieren Sie das Modell als neue .obj-Datei in denselben Ordner, der die zugehörige .mtl-Datei und die drei .jpg-Dateien enthält.
    3. Importieren Sie die exportierte .obj-Datei mithilfe der Legacy-.obj-Importoption in ein Open-Source-3D-Modellierungssoftwareprojekt.
    4. Wählen Sie das importierte Objekt aus und exportieren Sie es als .glb-Datei.
    5. Aktivieren Sie während des Exports unter „Einschließen“ die Option „Ausgewählte Objekte“.
    6. Aktivieren Sie unter „Mesh“ die Option „Modifikatoren anwenden“ und deaktivieren Sie „Shape Keys“ und „Animation“, bevor Sie exportieren.
    7. Belassen Sie alle anderen Exporteinstellungen bei ihren Standardwerten.
      HINWEIS: Falls die exportierte Datei größer als 11 MB ist, kann sie möglicherweise nicht korrekt geladen werden.
    8. Falls erforderlich, wenden Sie den „Decimate“-Modifikator innerhalb der 3D-Modellierungssoftware an, um die Dateigröße zu verringern.
    9. Passen Sie das Decimation-Verhältnis zwischen 0,05 und 0,2 an, um die Dateigröße zu reduzieren.
      HINWEIS: Nach unserer Erfahrung hat dieser Bereich keine merkliche Auswirkung auf die Modelltreue. Falls nötig, kann ein höheres Verhältnis verwendet werden.
      ACHTUNG: Aktivieren Sie während des Exports keine Komprimierung, da komprimierte Modelle möglicherweise nicht korrekt in der HMD geladen werden können.
    10. Überprüfen Sie nach dem Export die endgültige Dateigröße, indem Sie mit der rechten Maustaste auf die Datei klicken, „Eigenschaften“ auswählen und sicherstellen, dass die Dateigröße zwischen 2 MB und 10 MB liegt, bevor Sie sie hochladen.
  3. Hochladen der Bilder auf die Online-Hologramm-Verwaltungsplattform
    1. Melden Sie sich bei der Online-Hologramm-Verwaltungsplattform an.
    2. Wählen Sie nacheinander das Hinzufügen-Symbol und dann „Neuer Patient“ aus, um eine neue Aufnahme zu erstellen.
    3. Geben Sie die Patientenidentifikation unter Verwendung des Datums der Aufnahme ein (z. B. JJJJ-MM-TT_RHINOPLASTIK).
    4. Wählen Sie das Geschlecht des Patienten aus.
    5. Erstellen Sie einen neuen Fall, vergeben Sie einen Titel für den Fall und laden Sie die entsprechenden Hologrammdateien hoch.
    6. Bestätigen Sie den Upload, indem Sie das Kontrollkästchen neben den hochgeladenen Dateien aktivieren.
      HINWEIS: Automatisch wird ein zufälliger Patientenname generiert und der hochgeladenen Aufnahme zugeordnet.

4. Verwendung der am Kopf getragenen Anzeige (HMD)

HINWEIS: Machen Sie sich vor der Verwendung im Operationssaal mit dem HMD vertraut. Testen Sie das HMD sowohl mit dem Chirurgen als auch mit dem Assistenten vor dem Eingriff, um Unterbrechungen während der Operation zu minimieren.

  1. Öffnen von Hologrammen innerhalb der HMD
    1. Öffnen Sie die Hologramm-Betrachtungsanwendung, nachdem die holographischen Modelle auf der HMD installiert wurden.
    2. Melden Sie sich bei der Anwendung an und öffnen Sie den entsprechenden Patientenordner, identifiziert durch den zufällig generierten Patientennamen.
    3. Wählen Sie die präoperative Hologrammdatei einmal aus.
      ACHTUNG: Wählen Sie die Datei nicht mehrfach aus, da dies verhindern kann, dass das Modell geladen wird.
    4. Warten Sie, bis der Ladeindikator abgeschlossen ist und sich der Dateiindikator blau färbt.
    5. Stellen Sie sicher, dass das Hologramm des präoperativen 3D-Bildes im Sichtfeld erscheint, typischerweise rechts.
      HINWEIS: Wenn sich der Dateiindikator blau färbt, das Hologramm jedoch nicht sofort sichtbar ist, durchsuchen Sie den umgebenden Raum, bis das Modell gefunden wird.
    6. Wiederholen Sie den Vorgang, um das Hologramm des morphierten kosmetischen Zielbildes zu laden.
    7. Überprüfen Sie die Ausrichtung und Maßstabsgetreue beider Hologramme vor der intraoperativen Verwendung.
      HINWEIS: Wenn ein Modell trotz erfolgreichem Laden nicht erscheint, laden Sie das Modell erneut hoch, ohne es zu komprimieren. Wiederholen Sie den Dateikonvertierungsschritt, wobei ausschließlich Mesh-Decimation verwendet wird, um die empfohlene Dateigröße zu erreichen. Falls die Hologramm-Betrachtungsanwendung eine erneute Authentifizierung erfordert, führen Sie den Anmeldevorgang mit dem innerhalb der HMD angezeigten Authentifizierungscode durch. Die Unterstützung einer weiteren Person kann diesen Vorgang erleichtern, während die HMD getragen wird. Eine erneute Authentifizierung ist in der Regel nur während der Ersteinrichtung erforderlich, sofern der Benutzer während des gesamten Eingriffs angemeldet bleibt.
  2. Manipulation der Hologramme
    1. Verwenden Sie eine Pinch-Geste mit Daumen und Zeigefinger, um die Hologramme manuell in der Größe anzupassen, neu zu positionieren und zu drehen, bis sie relativ zum Operationsfeld an der gewünschten Stelle platziert sind.
    2. Verwenden Sie bei Bedarf eine zweihändige Manipulation, um die Neupositionierung zu erleichtern.
    3. Stellen Sie sicher, dass die Hologramme nach der Positionierung in Ausrichtung, Maßstab und Lage innerhalb des Sichtfeldes fixiert bleiben.
      HINWEIS: Die Hologramme bleiben fixiert, es sei denn, sie werden manuell angepasst, wodurch der Benutzer die Augmented-Reality-Umgebung nach Belieben anpassen kann.
  3. Vorbereitung des Falles
    1. Laden Sie vor der Operation die Hologramme in die Hologramm-Betrachtungsanwendung.
    2. Öffnen und positionieren Sie die präoperativen und die morphierten kosmetischen Zielhologramme innerhalb der AR)
    3. -Umgebung.
    4. Überprüfen Sie die Manipulation, Größenanpassung und die allgemeine Funktionalität des Systems vor Beginn des Eingriffs.
    5. Lassen Sie die Hologramme geöffnet, damit sie sofort verfügbar sind, sobald die HMD während der Operation getragen wird.
    6. Kalibrieren Sie die HMD vor dem Eingriff an die Augen des Chirurgen.
      HINWEIS: Führen Sie die HMD-Kalibrierung vor jedem Eingriff durch. Während der Operation kann ein Assistent das An- und Ablegen der HMD erleichtern, wenn der Chirurg während der Überprüfung der Hologramme steriles Arbeiten beibehalten möchte.
  4. Intraoperative Verwendung der HMD
    1. Zu Beginn des Eingriffs tragen Sie die HMD, um die präoperativen und morphierten Hologramme während der chirurgischen Planung zu überprüfen.
    2. Verwenden Sie die HMD bei Bedarf während der kosmetischen Modifikation der Nase.
    3. Nach Verschluss aller Schnitte tragen Sie die HMD erneut, um die Nase des Patienten mit dem morphierten kosmetischen Ziel zu vergleichen (Abbildung 4).

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Abbildung 4: Intraoperative Verwendung der am Kopf befestigten Anzeige. Beispiele für die intraoperative Verwendung der am Kopf befestigten Anzeige zur Visualisierung patientenspezifischer holografischer Modelle während einer ästhetischen Rhinoplastik. Der Chirurg prüft die holografischen Modelle im Vergleich zum Operationsfeld während der chirurgischen Planung und der intraoperativen Beurteilung. Bitte klicken Sie hier, um eine vergrößerte Version dieser Abbildung anzusehen.

Ergebnisse

Das AR-Protokoll wurde erfolgreich in den Workflow der ästhetischen Rhinoplastik integriert. Repräsentative Phasen des Workflows sind in Abbildung 1, Abbildung 2, Abbildung 3, Abbildung 4 dargestellt. Mithilfe des 3D-Gesichtsabbildungssystems wurden standardisierte präoperative Gesichtsbilder erfasst (Abbildung 1), wobei die Positionierung des Patienten durch die Ausrichtungsoberfläche geleitet wurde, um eine konsistente Bildaufnahme sicherzustellen (Abbildung 2). Die erfassten Bilder wurden anschließend in die Renderumgebung importiert, in der die präoperativen Gesichtsmodelle modifiziert wurden, um das geplante ästhetische Ergebnis zu simulieren, bevor sie zur Hologrammerzeugung exportiert wurden (Abbildung 3).

Nach der Bildverarbeitung wurden die nicht morphierten und morphierten 3D-Gesichtsmodelle mithilfe einer HMD über eine Hologramm-Betrachtungsanwendung dargestellt. Während der Operation konnten die holographischen Modelle manuell neu positioniert, skaliert und gedreht werden, um einen visuellen Echtzeitvergleich mit der Nase des Patienten zu ermöglichen, entweder als direkte Überlagerung oder als benachbartes visuelles Referenzbild (Abbildung 4).

Die HMD wurde erfolgreich in den chirurgischen Workflow der Autoren mit minimalem Schulungsaufwand integriert. Die Chirurgen berichteten über eine verbesserte Bildschirmauflösung und eine schnellere Reaktionszeit der Benutzeroberfläche im Vergleich zum zuvor verwendeten Visualisierungssystem. Erste Umfrageergebnisse der Chirurgen zeigten, dass das System nützlich für die intraoperative Beurteilung des chirurgischen Fortschritts und den Vergleich mit dem geplanten kosmetischen Ergebnis war9.

Insgesamt zeigt dieses Protokoll einen reproduzierbaren Arbeitsablauf zur Integration der AR in die ästhetische Rhinoplastik, um die intraoperative Visualisierung und den Vergleich zwischen der präoperativen Planung und dem operativen Feld zu erleichtern. Diese Beobachtungen untermauern die Machbarkeit der Einbindung eines auf HMD basierenden Visualisierungssystems in den Arbeitsablauf der ästhetischen Rhinoplastik. Die vorliegende Studie beschreibt ein technisches Protokoll und einen Machbarkeitsarbeitsablauf und keine Bewertung der klinischen Wirksamkeit; jedoch werden derzeit Untersuchungen zu objektiven Ergebnismaßen im Zusammenhang mit diesem Arbeitsablauf durchgeführt.

Diese Arbeit beschreibt ein Protokoll zur Integration von AR in den kosmetischen Rhinoplastie-Workflow. Daten zur Unterstützung der Durchführbarkeit des beschriebenen Workflows sind verfügbar unter: https://doi.org/10.1177/26893614261430605.

Diskussion

Eine frühere Studie zeigte die Machbarkeit der Verwendung von AR in der ästhetischen Rhinoplastik und fand heraus, dass die AR-Technologie leicht zu integrieren ist, nur minimale zusätzliche Operationszeit erfordert und die kognitive Belastung des Chirurgen verringert9. Es wurde außerdem berichtet, dass AR das anatomische Verständnis verbessert11 und die Operationsdauer verkürzt12 in chirurgischen Anwendungen. Bei der Rhinoplastik haben Studien den potenziellen Nutzen der Technologie hervorgehoben, die präoperative Planung zu unterstützen, die chirurgische Präzision zu erhöhen und die Patientenzufriedenheit zu verbessern7,8,9,10. Das vorliegende Protokoll baut auf früheren Untersuchungen auf, indem es einen alternativen, auf HMD basierenden Arbeitsablauf beschreibt, der in die ästhetische Rhinoplastik integriert werden kann, um die intraoperative Visualisierung zu unterstützen.

Dieses Protokoll schlägt die Verwendung patientenspezifischer 3D-präoperativer und morphierter kosmetischer Zielbilder als intraoperative holografische visuelle Referenzen vor. Aktuelle AR-Technologien können herkömmliche 2D-Referenzbilder ergänzen, indem sie zusätzliche 3D-Perspektiven bereitstellen, die bei der intraoperativen chirurgischen Entscheidungsfindung hilfreich sein können. Dieser Ansatz könnte in der facialen plastischen und rekonstruktiven Chirurgie nützlich sein, wo ein räumliches Verständnis der patientenspezifischen Anatomie während kosmetischer und rekonstruktiver Eingriffe von Bedeutung ist.

Mehrere Einschränkungen sollten beachtet werden. Die wichtigste nutzungsbedingte Einschränkung besteht darin, dass die intraoperative Verwendung einer HMD zusätzliche Personalressourcen erfordert, wenn der Chirurg während des Eingriffs steriler oder „scrubbed“ bleiben möchte. Ein Assistent muss im Operationssaal oder in dessen Nähe verbleiben, um beim An- und Ausziehen der HMD zu helfen. Zudem ist diese spezifische HMD schwerer als andere Geräte, und die externe kabelgebundene Stromversorgung erfordert, dass der Chirurg OP-Kleidung mit Taschen trägt oder ein Assistent während der HMD-Nutzung den Akkupack hält. Auch die Materialkosten für AR-Ausrüstung sind hoch. Die Preise für das neueste Modell der in diesem Protokoll verwendeten HMD beginnen bei 3699 USD13, während das 3D-Bilderfassungssystem etwa 25.000 USD kostet.

Weitere Einschränkungen betreffen die intraoperative Interpretation der holographischen Referenzbilder. Die Hologramme werden manuell durch den Chirurgen vergrößert, verschoben und gedreht, und das aktuelle Protokoll beschreibt keine automatisierte Registrierung, Verfolgung, Oberflächenanpassung, markpunktgestützte Ausrichtung oder patientenspezifische Verankerung. Diese Funktionen sind jedoch möglicherweise nicht notwendig, um die Ziele einer ästhetischen Rhinoplastik zu erreichen. Technisch gesehen fungiert das derzeitige System eher als tragbare 3D-Referenzanzeige denn als AR-System mit automatischer Registrierung. Die manuelle Manipulation ermöglicht es dem Chirurgen, die Hologramme direkt überlagert oder benachbart zur Nase des Patienten als veränderbare visuelle Referenz zu positionieren. Eine verfolgte oder verankerte Positionierung der Hologramme könnte nachteilig sein, da sie entweder das Operationsfeld als feste Überlagerung verdeckt oder einen direkten Vergleich verhindert, wenn sie fest neben dem Operationsfeld platziert ist. Intraoperative Ödeme, Weichteilverformungen, Inzisionen, Gewebemanipulationen, Zugkräfte, chirurgische Exposition und fortschreitende Schwellungen können ebenfalls den Vergleich zwischen der intraoperativen Anatomie des Patienten und den präoperativen oder morphierten holographischen Modellen beeinträchtigen. Obwohl diese Faktoren die Interpretation der holographischen Referenzbilder beeinflussen können, treten sie auch bei der Verwendung herkömmlicher 2D-Referenzbilder auf. Erfahrene Chirurgen sollten in der Lage sein, diese Variablen zu erkennen und entsprechend zu berücksichtigen, unabhängig von der Dimensionalität der Referenzbilder. Weitere Ansätze zur Untersuchung dieses Workflows könnten einen Vergleich mit herkömmlichen 2D-Referenzbildern, die Nutzung alternativer HMDs, die Evaluierung registrierter Überlagerungssysteme, die Beurteilung patientenspezifischer Verankerungsmethoden oder einen quantitativen Vergleich geplanter und postoperativer ästhetischer Ergebnisse umfassen. Diese Arbeit stellt ein technisches Machbarkeitsprotokoll dar, und eine quantitative Validierung ist derzeit im Gange. Obwohl 3D-holographische Bilder die intraoperative Visualisierung ästhetischer Ziele in der Rhinoplastik ähnlich wie herkömmliche Bilder unterstützen können, dienen sie ausschließlich als Referenzmaterial. Die endgültige chirurgische Entscheidungsfindung bleibt letztlich im Ermessen des Chirurgen. Anwender dieses Protokolls sollten die Sterilität wahren und die Patientensicherheit priorisieren. Bei sachgemäßer Anwendung sollte das System ein minimales Risiko für das Operationsfeld und den Patienten darstellen. Aufgrund des experimentellen Charakters dieses Protokolls sollte jeder Patient über die Risiken und Vorteile der Technologie aufgeklärt werden, und eine informierte Einwilligung ist vor der intraoperativen Verwendung des HMD einzuholen.

Obwohl weitere Forschung erforderlich ist, um diese Ergebnisse zu bestätigen, könnte die AR-Technologie potenzielle Anwendungen in der ästhetischen und rekonstruktiven Gesichtschirurgie haben, indem sie den Zugriff auf patientenspezifische 3D-Referenzbilder während der ästhetischen Rhinoplastik verbessert. Eine stärkere Einführung der AR-Technologie könnte zusätzliche Anwendungsbereiche in der ästhetischen und rekonstruktiven Gesichtschirurgie aufzeigen. Zukünftige multizentrische Studien, die objektive Ergebnisse wie Operationsdauer, Genauigkeit, ästhetische Resultate, Patientensicherheit und Effizienz des Arbeitsablaufs bewerten, sind notwendig, um diesen Ansatz weiter zu validieren.

Offenlegungen

Die Autoren geben keine Offenlegungen an.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde unterstützt vom National Institutes of Health (NIH), dem National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (R25DC020728) und dem National Cancer Institute (NCI) K08 Career Development Award (5K08CA293255-02). Die Autoren danken Shreeya Bahethi für ihre Beiträge zur Videoproduktion.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
3D-AnalysemodulCanfield Scientific Inc.N/AVECTRA 3D-Analysemodul-Software zur Exportierung dreidimensionaler Bilddateien. RRID: N/A
3D-ErfassungsmodulCanfield Scientific Inc.N/AVECTRA-Erfassungsmodul-Software zur Aufnahme dreidimensionaler Gesichtsbilder. RRID: N/A
3D-GesichtserfassungssystemCanfield Scientific Inc.N/AVECTRA M3-System zur dreidimensionalen Bildaufnahme für Gesichter. RRID: N/A
ComputerarbeitsstationDell Inc.W31C003Arbeitsstation, die mit dem 3D-Gesichtserfassungssystem verwendet wird. Mindestanforderungen: Windows 11 (64-Bit), Intel Core i7 oder höher, ≥16 GB RAM, kompatible NVIDIA-Grafikkarte mit ≥4 GB Grafikspeicher und zwei USB-2.0-Anschlüsse. Wird von Canfield Scientific Inc. konfiguriert und geliefert.
Software für computergestütztes KonstruierenAutodesk Inc.N/AMeshmixer-Software zur Reparatur dreidimensionaler Modelldateien vor der Konvertierung. RRID: SCR_015736
Software für computergestütztes Konstruieren (veraltet)Microsoft CorporationN/AMicrosoft 3D Builder-Software zur Reparatur dreidimensionaler Modelldateien (veraltet; optionale Alternative).
Gesichts-Morphing-SoftwareCanfield Scientific Inc.N/AFace Sculptor-Software zur Erstellung der gewünschten kosmetischen Simulation für die chirurgische Planung. RRID: N/A
Kopfmontiertes DisplayApple Inc.N/AApple Vision Pro (M2) Mixed-Reality-Headset zur intraoperativen Visualisierung. RRID: N/A
Plattform zur HologrammverwaltungApoQlar MedicalN/AHoloMedicine Online Preview-Anwendung zum Hochladen und Verwalten holografischer Modelle vor der Visualisierung. RRID: N/A
Anwendung zur HologrammansichtApoQlar MedicalN/AVSI HoloMedicine Preview-Anwendung zur Visualisierung holografischer Modelle innerhalb des headgemounteten Displays. RRID: N/A
Open-Source-Software für 3D-ModellierungBlender Development TeamVersion 4.4Blender-Software zur Konvertierung dreidimensionaler Modelle in das .glb-Format und zur Vereinfachung des Meshs. RRID: SCR_008606

Referenzen

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