Este protocolo descreve a integração da realidade aumentada e da imagem holográfica tridimensional no fluxo de trabalho de rinoplastia estética para aprimorar a visualização intraoperatória e facilitar a tomada de decisões cirúrgicas.
Artigo de método
Este protocolo descreve a integração da realidade aumentada e da imagem holográfica tridimensional no fluxo de trabalho de rinoplastia estética para aprimorar a visualização intraoperatória e facilitar a tomada de decisões cirúrgicas.
A rinoplastia estética frequentemente depende de imagens de referência intraoperatórias para ajudar a alcançar o resultado estético desejado pelo paciente. No entanto, essas imagens são geralmente exibidas em formato bidimensional (2D), o que simplifica excessivamente a anatomia nasal tridimensional e exige que o cirurgião desvie a atenção do campo operatório. A tecnologia de realidade aumentada (AR) pode superar essas limitações ao projetar imagens holográficas tridimensionais específicas do paciente no campo de visão do cirurgião, proporcionando visualização espacial em tempo real. Este artigo descreve um protocolo para integrar a realidade aumentada ao fluxo de trabalho da rinoplastia estética utilizando um sistema de imagem facial 3D e um dispositivo de realidade mista montado na cabeça. Imagens faciais 3D pré-operatórias são adquiridas, modificadas em conjunto com o paciente para representar o resultado cirúrgico desejado, exportadas como modelos holográficos e exibidas intraoperatoriamente para comparação visual com o campo cirúrgico. O protocolo foi incorporado com sucesso ao fluxo de trabalho cirúrgico, permitindo aos cirurgiões manipular modelos holográficos no espaço real durante o planejamento pré-operatório e a avaliação intraoperatória. Este protocolo fornece um fluxo de trabalho reprodutível para a integração da realidade aumentada na rinoplastia estética e pode aprimorar a visualização intraoperatória, apoiar a tomada de decisões cirúrgicas e facilitar a comparação entre o planejamento pré-operatório e a anatomia intraoperatória.
A tomada de decisões compartilhada no pré-operatório com os pacientes é um componente essencial da rinoplastia estética e envolve a simulação de possíveis resultados cosméticos, ao mesmo tempo em que se compreendem os objetivos do paciente em relação ao procedimento. A simulação fotográfica auxilia tanto pacientes quanto cirurgiões na visualização do resultado cirúrgico desejado, além de comunicar o que é realisticamente alcançável. Imagens modificadas são frequentemente usadas como referência durante o procedimento cirúrgico; no entanto, essas imagens de referência são geralmente apresentadas em formato bidimensional (2D), seja impressas em papel ou exibidas em uma tela de computador. Esses formatos 2D não apenas simplificam excessivamente a anatomia tridimensional (3D) complexa do nariz, mas também exigem que o cirurgião desvie a atenção do campo operatório1,2.
A tecnologia de realidade aumentada (AR) pode superar essas limitações ao projetar imagens holográficas 3D renderizadas diretamente no campo de visão do cirurgião, proporcionando visualização espacial em tempo real. A RA combina imagens geradas por computador com o ambiente do mundo real e tem sido aplicada na cirurgia plástica facial para reconstrução de traumas faciais3,4, cirurgia craniofacial5 e reconstrução de microtia6 para melhorar a visualização intraoperatória e facilitar o fluxo cirúrgico. No entanto, a aplicação da RA na rinoplastia estética permanece limitada. Estudos recentes que descrevem aplicações emergentes de tecnologias de realidade aumentada e realidade mista em cirurgia facial e rinoplastia incluem relatos de caso e pequenas séries de casos7,8,9,10.
Em um estudo anterior, realizamos com sucesso duas rinoplastias guiadas por realidade aumentada em espécimes cadavéricos utilizando um dispositivo montado na cabeça de realidade mista (Microsoft HoloLens 2; Microsoft Corporation, Redmond, WA, EUA). Isso foi seguido por um estudo de prova de conceito sobre a viabilidade de rinoplastia estética guiada por realidade aumentada envolvendo seis pacientes9. No presente protocolo, utilizamos um dispositivo montado na cabeça de realidade mista (Apple Vision Pro; Apple Inc., Cupertino, CA, EUA) como plataforma de visualização para orientação holográfica intraoperatória. Referências subsequentes a este dispositivo são descritas como o dispositivo montado na cabeça (HMD). Apresentamos aqui um protocolo para integrar a realidade aumentada no fluxo de trabalho da rinoplastia estética, a fim de aprimorar a visualização intraoperatória e facilitar a comparação entre o planejamento pré-operatório e a anatomia intraoperatória. Este sistema de realidade aumentada atua como referência visual, e não como um sistema de orientação por realidade aumentada com registro automático. A tecnologia descrita neste protocolo pode ser utilizada tanto no planejamento cirúrgico quanto na visualização intraoperatória. Imagens holográficas tridimensionais podem ser reposicionadas manualmente durante o procedimento cirúrgico, permitindo personalização do uso da realidade aumentada orientada pelo usuário.
Este protocolo foi realizado no Centro Médico da Universidade de Vanderbilt, em conformidade com as diretrizes do Comitê de Ética em Pesquisa do Centro Médico da Universidade de Vanderbilt (aprovação IRB nº 241657). Todos os participantes forneceram consentimento informado por escrito antes da participação, incluindo autorização para o uso intraoperatório de tecnologia de realidade aumentada para facilitar a projeção de imagens holográficas tridimensionais pré-operatórias e modificadas. Todos os dados dos pacientes foram desidentificados. Os pacientes foram submetidos à avaliação e fotografia pré-operatórias padrão utilizando um sistema de imagem facial 3D com capacidades de renderização fotorrealista. Os critérios de inclusão incluíram pacientes com 18 anos ou mais submetidos à rinoplastia estética.
1. Captura de Foto 3D

Figura 1: Configuração do sistema de imagem facial tridimensional. O sistema de imagem facial tridimensional utilizado para a aquisição de imagens pré-operatórias. O paciente deve estar sentado ereto e posicionado de frente para o sistema de câmeras, com a cabeça alinhada ao plano horizontal de Frankfurt antes da captura da imagem. Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.

Figura 2: Alinhamento do paciente durante a aquisição de imagem tridimensional. Interface representativa demonstrando o posicionamento correto do paciente antes da captura da imagem. Os olhos do paciente devem estar alinhados dentro dos guias de referência em todas as vistas da câmera para garantir a aquisição padronizada de imagens faciais tridimensionais. Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.

Figura 3: Interface de renderização e morfing facial tridimensional. Ambiente representativo de renderização facial tridimensional utilizado para modificação de imagens pré-operatórias. O círculo vermelho indica a ferramenta de morfing de rinoplastia usada para simular o resultado cosmético desejado antes de exportar o modelo tridimensional para a geração do holograma. Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.
2. Transformação da Imagem
3. Exportação de Imagem 3D e Conversão de Arquivo
4. Utilizando o Visor de Cabeça (HMD)
OBSERVAÇÃO: Familiarize-se com o HMD antes de utilizá-lo na sala de operações. Teste o HMD com o cirurgião e com o assistente antes do procedimento para minimizar interrupções durante a cirurgia.

Figura 4: Uso intraoperatório do visor montado na cabeça. Uso intraoperatório representativo do visor montado na cabeça para visualização de modelos holográficos personalizados durante rinoplastia estética. O cirurgião analisa os modelos holográficos para comparação com o campo operatório durante o planejamento cirúrgico e avaliação intraoperatória. Clique aqui para visualizar uma versão maior desta figura.
O protocolo de RA foi integrado com sucesso ao fluxo de trabalho de rinoplastia cosmética. As etapas representativas do fluxo de trabalho são ilustradas na Figura 1, Figura 2, Figura 3, Figura 4. O sistema de imagem facial 3D foi utilizado para obter imagens faciais padronizadas pré-operatórias (Figura 1), com o posicionamento do paciente orientado pela interface de alinhamento para garantir a aquisição consistente das imagens (Figura 2). As imagens adquiridas foram posteriormente importadas para o ambiente de renderização, onde os modelos faciais pré-operatórios foram modificados para simular o resultado cosmético planejado antes da exportação para a geração do holograma (Figura 3).
Após o processamento de imagem, os modelos faciais 3D não deformados e deformados foram exibidos usando um HMD por meio de um aplicativo de visualização de holograma. Durante a cirurgia, os modelos holográficos podiam ser reposicionados, redimensionados e rotacionados manualmente para facilitar a comparação visual em tempo real com o nariz do paciente, seja como uma sobreposição direta ou como uma referência visual adjacente (Figura 4).
O DHM foi incorporado com sucesso ao fluxo de trabalho cirúrgico dos autores com treinamento mínimo. Os cirurgiões relataram melhora na resolução da tela e na resposta da interface em comparação com o sistema de visualização anteriormente utilizado. As respostas preliminares dos cirurgiões na pesquisa indicaram que o sistema foi útil para a avaliação intraoperatória do progresso cirúrgico e para a comparação com o resultado cosmético planejado9.
No geral, este protocolo demonstra um fluxo de trabalho reprodutível para integrar a realidade aumentada (AR) na rinoplastia estética, facilitando a visualização intraoperatória e a comparação entre o planejamento pré-operatório e o campo operatório. Essas observações apoiam a viabilidade da incorporação de um sistema de visualização baseado em dispositivos montados na cabeça (HMD) no fluxo de trabalho da rinoplastia estética. O presente estudo descreve um protocolo técnico e um fluxo de trabalho viável, e não uma avaliação de eficácia clínica; no entanto, a investigação de medidas objetivas de desfecho associadas a este fluxo de trabalho está atualmente em andamento.
Este manuscrito descreve um protocolo para integrar a realidade aumentada (AR) no fluxo de trabalho de rinoplastia estética. Os dados que apoiam a viabilidade do fluxo de trabalho descrito estão disponíveis em: https://doi.org/10.1177/26893614261430605.
Um estudo anterior demonstrou a viabilidade do uso da realidade aumentada (AR) durante rinoplastia estética e constatou que a tecnologia AR era fácil de integrar, exigia tempo operatório adicional mínimo e reduzia a carga cognitiva do cirurgião9. Relatou-se também que a AR melhora a compreensão anatômica11 e reduz o tempo operatório12 em aplicações cirúrgicas. Na rinoplastia, estudos com AR enfatizaram o potencial da tecnologia em auxiliar no planejamento pré-operatório, aumentar a precisão cirúrgica e melhorar a satisfação do paciente7,8,9,10. O presente protocolo amplia pesquisas anteriores descrevendo um fluxo de trabalho alternativo baseado em dispositivos móveis com exibição em cabeça (HMD) que pode ser incorporado à rinoplastia estética para apoiar a visualização intraoperatória.
Este protocolo propõe o uso de imagens tridimensionais pré-operatórias específicas para o paciente e imagens morfadas do objetivo cosmético como referências visuais holográficas intraoperatórias. A tecnologia atual de realidade aumentada pode complementar as imagens de referência bidimensionais tradicionais, fornecendo perspectivas tridimensionais adicionais que podem auxiliar na tomada de decisões cirúrgicas durante o procedimento operatório. Essa abordagem pode ser útil na cirurgia plástica e reconstrutiva facial, onde a compreensão espacial da anatomia específica do paciente é importante durante procedimentos cosméticos e reconstrutivos.
Várias limitações devem ser observadas. A principal limitação para o usuário é que o uso intraoperatório de dispositivos montados na cabeça (HMD) exige pessoal adicional se o cirurgião desejar manter-se estéril ou com luvas durante o procedimento. Um assistente deve permanecer na sala cirúrgica ou nas proximidades para ajudar na colocação e remoção do HMD. Além disso, este HMD específico é mais pesado do que outros dispositivos, e a fonte de alimentação externa com fio exige que o cirurgião use roupas cirúrgicas com bolsos ou tenha um assistente segurando o pacote de baterias durante o uso do HMD. O custo dos equipamentos de realidade aumentada também é elevado. O preço para o modelo mais recente do HMD utilizado neste protocolo começa em 3699 USD13, enquanto o sistema de captura de imagem 3D custa aproximadamente 25.000 dólares.
Limitações adicionais estão relacionadas à interpretação intraoperatória das imagens holográficas de referência. Os hologramas são redimensionados, reposicionados e rotacionados manualmente pelo cirurgião, e o protocolo atual não descreve registro automatizado, rastreamento, correspondência de superfície, alinhamento baseado em marcos anatômicos ou fixação personalizada ao paciente. No entanto, esses recursos podem não ser necessários para os objetivos da rinoplastia estética. Tecnicamente, o sistema atual funciona como um display 3D vestível, mais do que um sistema de realidade aumentada com registro automatizado. A manipulação manual permite ao cirurgião sobrepor diretamente ou posicionar os hologramas adjacentes ao nariz do paciente como uma referência visual modificável. O posicionamento rastreado ou fixo dos hologramas pode ser desvantajoso, pois pode encobrir o campo operatório como uma sobreposição fixa ou impedir a comparação direta quando fixado próximo ao campo cirúrgico. Edema intraoperatório, deformação dos tecidos moles, incisão, manipulação tecidual, tração, exposição cirúrgica e inchaço progressivo também podem afetar a comparação entre a anatomia intraoperatória do paciente e os modelos holográficos pré-operatórios ou modificados. Embora esses fatores possam alterar a interpretação das imagens holográficas de referência, eles também estão presentes ao se utilizarem imagens tradicionais bidimensionais. Cirurgiões experientes devem ser capazes de reconhecer e levar em conta essas variáveis, independentemente da dimensionalidade da imagem de referência. Outras abordagens para o estudo desse fluxo de trabalho podem incluir comparação com imagens tradicionais bidimensionais, uso de dispositivos de exibição head-mounted (HMDs) alternativos, avaliação de sistemas de sobreposição registrados, análise de métodos de fixação personalizados ao paciente ou comparação quantitativa entre os resultados estéticos planejados e pós-operatórios. Este manuscrito apresenta um protocolo de viabilidade técnica, e a validação quantitativa está atualmente em andamento. Embora imagens holográficas tridimensionais possam aprimorar a visualização intraoperatória dos objetivos estéticos na rinoplastia, de forma semelhante às imagens tradicionais, elas são destinadas exclusivamente como material de referência. A tomada de decisões cirúrgicas permanece, em última instância, sob o critério do cirurgião. Os usuários deste protocolo devem manter a esterilidade e priorizar a segurança do paciente. Quando utilizado adequadamente, o sistema deve apresentar risco mínimo para o campo cirúrgico e para o paciente. Dada a natureza experimental deste protocolo, cada paciente deve ser orientado sobre os riscos e benefícios da tecnologia, e o consentimento informado deve ser obtido antes do uso intraoperatório do HMD.
Embora mais pesquisas sejam necessárias para validar esses resultados, a tecnologia de realidade aumentada pode ter aplicações potenciais na cirurgia plástica e reconstrutiva facial ao melhorar o acesso a imagens de referência tridimensionais específicas do paciente durante a rinoplastia estética. A maior adoção da tecnologia de realidade aumentada pode identificar aplicações adicionais na cirurgia plástica e reconstrutiva facial. Estudos futuros multicêntricos que avaliem resultados objetivos, como tempo cirúrgico, precisão, resultados estéticos, segurança do paciente e eficiência do fluxo de trabalho, são necessários para validar ainda mais essa abordagem.
Os autores declaram não haver divulgações.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH), Instituto Nacional sobre Surdez e Outros Distúrbios da Comunicação (R25DC020728) e pelo Instituto Nacional do Câncer (NCI), através do prêmio K08 para Desenvolvimento de Carreira (5K08CA293255-02). Os autores gostariam de agradecer a Shreeya Bahethi por suas contribuições na produção do vídeo.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Módulo de análise 3D | Canfield Scientific Inc. | N/A | Software VECTRA 3D Analysis Module utilizado para exportar arquivos de imagem tridimensionais. RRID: N/A |
| Módulo de captura 3D | Canfield Scientific Inc. | N/A | Software VECTRA Capture Module utilizado para a aquisição de imagens faciais tridimensionais. RRID: N/A |
| Sistema de imagem facial 3D | Canfield Scientific Inc. | N/A | Sistema de imagem tridimensional VECTRA M3 utilizado para a aquisição de imagens faciais. RRID: N/A |
| Estação de trabalho computacional | Dell Inc. | W31C003 | Estação de trabalho utilizada com o sistema de imagem facial tridimensional. Requisitos mínimos: Windows 11 (64 bits), Intel Core i7 ou superior, ≥16 GB de RAM, placa gráfica NVIDIA compatível com ≥4 GB de memória gráfica e duas portas USB 2.0. Configurada e fornecida pela Canfield Scientific Inc. |
| Software de projeto assistido por computador | Autodesk Inc. | N/A | Software Meshmixer utilizado para reparar arquivos de modelos tridimensionais antes da conversão. RRID: SCR_015736 |
| Software de projeto assistido por computador (legado) | Microsoft Corporation | N/A | Software Microsoft 3D Builder utilizado para reparar arquivos de modelos tridimensionais (obsoleto; alternativa opcional). |
| Software de morfing facial | Canfield Scientific Inc. | N/A | Software Face Sculptor utilizado para gerar a simulação cosmética desejada para o planejamento cirúrgico. RRID: N/A |
| Display montado na cabeça | Apple Inc. | N/A | Headset de realidade mista Apple Vision Pro (M2) utilizado para visualização intraoperatória. RRID: N/A |
| Plataforma de gerenciamento de hologramas | ApoQlar Medical | N/A | Aplicativo HoloMedicine Online Preview utilizado para carregar e gerenciar modelos holográficos antes da visualização. RRID: N/A |
| Aplicativo de visualização de hologramas | ApoQlar Medical | N/A | Aplicativo VSI HoloMedicine Preview utilizado para visualizar modelos holográficos dentro do display montado na cabeça. RRID: N/A |
| Software de modelagem tridimensional de código aberto | Blender Development Team | Versão 4.4 | Software Blender utilizado para conversão de modelos tridimensionais para o formato .glb e decimação de malha. RRID: SCR_008606 |
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