Использование технологий дополненной реальности в урологической практике
Введение. Современная урология переживает технологическую революцию, ключевым элементом которой является интеграция дополненной реальности (Augmented Reality, AR). AR, объединяющая виртуальные 3D-модели с реальной операционной средой в режиме реального времени, трансформирует хирургическое планирование, интраоперационную навигацию и обучение. Эта технология открывает возможности для повышения точности вмешательств, минимизации инвазивности и улучшения клинических исходов, особенно в роботизированной и лапароскопической хирургии.Коновалов Д.В., Машин Г.А., Чиненов Д.В., Асташкин И.Р., Амосов А.В., Шпоть Е.В.
Цель. Систематизация современных данных о применении технологий AR в урологии для хирургического планирования, интраоперационной навигации, обучения и оценки их клинической эффективности.
Материалы и методы. Проведен систематический обзор публикаций (2019–2023 гг.) в базах PubMed, Scopus, IEEE Xplore в соответствии с PRISMA. Критерии включения: клинические исследования, технические отчеты, обзоры по применению AR/VR в урологических операциях или обучении с количественными данными. В окончательный анализ включено 26 исследований.
Результаты. Основные результаты:
1. Обучение: AR/VR платформы (HoloLens®, STAR®, RobotiX-Mentor®) значительно улучшают хирургические навыки: сокращают время выполнения процедур, снижают количество ошибок (например, столкновений инструментов у новичков в 3,6 раза), повышают точность (сохранность нервов 96,6% против 72,8%). Разработаны системы AR-телетрации с ИИ-трекингом рук (точность 98%) и ИИ-анализа видео.
2. Операции на почке: AR-навигация (ARSN) при резекции сложных опухолей ассоциирована со снижением расчетной кровопотери (~22 мл), операционного времени (~23 мин), частоты тепловой ишемии (на 50%) и ее длительности (~4 мин), повреждений чашечно-лоханочной системы (10,4% против 46,5%), повышением частоты энуклеации. Интраоперационное соответствие 3D-плану достигает 86,7%.
3. Операции на простате (РПЭ): 3D-модели/AR повышают точность идентификации опухоли и нейроваскулярных пучков (чувствительность/специфичность ~90–95% для прогноза экстракапсулярного распространения), снижают частоту положительных хирургических краев (до 2,9–6,6%), улучшают функциональные исходы (удержание мочи до 94,1%, потенция до 70,6%). ИИ-системы обеспечивают точную селективную биопсию (87,5% при pT3).
Ограничения и вызовы: высокая стоимость оборудования и эксплуатации (до $1500–2000 на операцию), проблемы точности регистрации моделей в реальном времени (расхождения до 12%), ограниченность и гетерогенность доказательной базы, необходимость улучшения тактильной обратной связи в VR.
Перспективы: интеграция ИИ для навигации и анализа, разработка «цифровых двойников», гибридные AR/VR-платформы для телемедицины и обучения, облачные решения.
Заключение. AR доказала свою клиническую значимость в урологии, улучшая точность, безопасность и исходы операций, а также трансформируя обучение. Несмотря на существующие технические и экономические барьеры, интеграция с ИИ и развитие персонализированных подходов определяют будущее технологии как ключевого элемента цифровой урологии. Требуются масштабные рандомизированные клинические исследования для подтверждения долгосрочной эффективности и экономии.
Ключевые слова
урология
дополненная реальность
смешанная реальность
опухоль почки
рак простаты
резекция почки
радикальная простатэктомия
обучение
Список литературы
1. Alyaev Yu.G., Sirota E.S., Proskura A.V. Digitalization of operations for kidney tumors. Moscow: Geotar-Media, 2021. 240 p. Russian (Аляев Ю.Г., Сирота Е.С., Проскура А.В. Цифровизация операций при опухоли почки. Москва: Гэотар-Медиа, 2021. 240 с.).
2. Esperto F, Prata F, Autrán-Gómez AM, Rivas JG, Socarras M, Marchioni M, Albisinni S, Cataldo R, Scarpa RM, Papalia R. New Technologies for Kidney Surgery Planning 3D, Impression, Augmented Reality 3D, Reconstruction: Current Realities and Expectations. Curr Urol Rep. 2021 May 25;22(7):35. doi: 10.1007/s11934-021-01052-y. PMID: 34031768; PMCID: PMC8143991.
3. Giannone F, Felli E, Cherkaoui Z, Mascagni P, Pessaux P. Augmented Reality and Image-Guided Robotic Liver Surgery. Cancers (Basel). 2021 Dec 14;13(24):6268. doi: 10.3390/cancers13246268. PMID: 34944887; PMCID: PMC8699460.
4. Marescaux J., Diana M. Next Step in Minimally Invasive Surgery: Hybrid Surgery. Journal of Minimally Invasive Surgery. 2021;28(2):121–130. DOI: 10.1007/s11548-021-02458-2.
5. Checcucci E, Verri P, Amparore D, Cacciamani GE, Rivas JG, Autorino R, Mottrie A, Breda A, Porpiglia F. The future of robotic surgery in urology: from augmented reality to the advent of metaverse. Ther Adv Urol. 2023 Jan 31; 15:17562872231151853. doi: 10.1177/17562872231151853. PMID: 36744045; PMCID: PMC9893340.
6. Qian L, Deguet A, Kazanzides P. ARssist: augmented reality on a head-mounted display for the first assistant in robotic surgery. Healthc Technol Lett. 2018 Sep 17;5(5):194-200. doi: 10.1049/htl.2018.5065. PMID: 30800322; PMCID: PMC6372092.
7. Porpiglia F, Checcucci E, Amparore D, Piramide F, Volpi G, Granato S, Verri P, Manfredi M, Bellin A, Piazzolla P, Autorino R, Morra I, Fiori C, Mottrie A. Three-dimensional Augmented Reality Robot-assisted Partial Nephrectomy in Case of Complex Tumours (PADUA ≥10): A New Intraoperative Tool Overcoming the Ultrasound Guidance. Eur Urol. 2020 Aug;78(2):229-238. doi: 10.1016/j.eururo.2019.11.024. Epub 2019 Dec 30. PMID: 31898992.
8. Porpiglia F, Checcucci E, Amparore D, Autorino R, Piana A, Bellin A, Piazzolla P, Massa F, Bollito E, Gned D, De Pascale A, Fiori C. Augmented-reality robot-assisted radical prostatectomy using hyper-accuracy three-dimensional reconstruction (HA3D™) technology: a radiological and pathological study. BJU Int. 2019 May;123(5):834-845. doi: 10.1111/bju.14549. Epub 2018 Oct 19. PMID: 30246936.
9. Cheng C, Lu M, Zhang Y, Hu X. Effect of augmented reality navigation technology on perioperative safety in partial nephrectomies: A meta-analysis and systematic review. Front Surg. 2023 Apr 12; 10:1067275. doi: 10.3389/fsurg.2023.1067275. PMID: 37123539; PMCID: PMC10130447.
10. Randazzo G, Reitano G, Carletti F, Iafrate M, Betto G, Novara G, Dal Moro F, Zattoni F. Urology: a trip into metaverse. World J Urol. 2023 Oct;41(10):2647-2657. doi: 10.1007/s00345-023-04560-3. Epub 2023 Aug 8. PMID: 37552265; PMCID: PMC10582132.
11. Frankiewicz M, Vetterlein MW, Matuszewski M; Young Academic Urologists (YAU) Trauma and Reconstructive Urology Working Group. VR, reconstructive urology and the future of surgery education. Nat Rev Urol. 2023 Jun;20(6):325-326. doi: 10.1038/s41585-022-00722-x. PMID: 36604520; PMCID: PMC9813879.
12. Sica M, Piazzolla P, Amparore D, Verri P, De Cillis S, Piramide F, Volpi G, Piana A, Di Dio M, Alba S, Gatti C, Burgio M, Busacca G, Giordano A, Fiori C, Porpiglia F, Checcucci E. 3D Model Artificial Intelligence-Guided Automatic Augmented Reality Images during Robotic Partial Nephrectomy. Diagnostics (Basel). 2023 Nov 16;13(22):3454. doi: 10.3390/diagnostics13223454. PMID: 37998590; PMCID: PMC10670293.
13. Li G, Dong J, Wang J, Cao D, Zhang X, Cao Z, Lu G. The clinical application value of mixed-reality-assisted surgical navigation for laparoscopic nephrectomy. Cancer Med. 2020 Aug;9(15):5480-5489. doi: 10.1002/cam4.3189. Epub 2020 Jun 15. PMID: 32543025; PMCID: PMC7402835.
14. Rodler S, Kidess MA, Westhofen T, Kowalewski KF, Belenchon IR, Taratkin M, Puliatti S, Gómez Rivas J, Veccia A, Piazza P, Checcucci E, Stief CG, Cacciamani GE. A Systematic Review of New Imaging Technologies for Robotic Prostatectomy: From Molecular Imaging to Augmented Reality. J Clin Med. 2023 Aug 21;12(16):5425. doi: 10.3390/jcm12165425. PMID: 37629467; PMCID: PMC10455161.
15. Müller LR, Petersen J, Yamlahi A, Wise P, Adler TJ, Seitel A, Kowalewski KF, Müller B, Kenngott H, Nickel F, Maier-Hein L. Robust hand tracking for surgical telestration. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2022 Aug;17(8):1477-1486. doi: 10.1007/s11548-022-02637-9. Epub 2022 May 27. Erratum in: Int J Comput Assist Radiol Surg. 2022 Aug;17(8):1487. doi: 10.1007/s11548-022-02702-3. PMID: 35624404; PMCID: PMC9307534
16. Ebbing J, Wiklund PN, Akre O, Carlsson S, Olsson MJ, Höijer J, Heimer M, Collins JW. Development and validation of non-guided bladder-neck and neurovascular-bundle dissection modules of the RobotiX-Mentor® full-procedure robotic-assisted radical prostatectomy virtual reality simulation. Int J Med Robot. 2021 Apr;17(2): e2195. doi: 10.1002/rcs.2195. Epub 2020 Nov 13. PMID: 33124140; PMCID: PMC7988553.
17. Hvolbek AP, Nilsson PM, Sanguedolce F, Lund L. A prospective study of the effect of video games on robotic surgery skills using the high-fidelity virtual reality RobotiX simulator. Adv Med Educ Practice. 2019 Aug 14; 10:627-634. doi: 10.2147/AMEP.S199323. PMID: 31616197; PMCID: PMC6699361.
18. Cheikh Youssef S, Hachach-Haram N, Aydin A, Shah TT, Sapre N, Nair R, Rai S, Dasgupta P. Video labelling robot-assisted radical prostatectomy and the role of artificial intelligence (AI): training a novice. J Robot Surg. 2023 Apr;17(2):695-701. doi: 10.1007/s11701-022-01465-y. Epub 2022 Oct 30. PMID: 36309954; PMCID: PMC9618152.
19. Schoeb DS, Schwarz J, Hein S, Schlager D, Pohlmann PF, Frankenschmidt A, Gratzke C, Miernik A. Mixed reality for teaching catheter placement to medical students: a randomized single-blinded, prospective trial. BMC Med Educ. 2020 Dec 16;20(1):510. doi: 10.1186/s12909-020-02450-5. PMID: 33327963; PMCID: PMC7745503.
20. Schiavina R, Bianchi L, Chessa F, Barbaresi U, Cercenelli L, Lodi S, Gaudiano C, Casablanca C, Molinaroli E, Porreca A, Golfieri R, Diciotti S, Marcelli E, Brunocilla E. Augmented Reality to Guide Selective Clamping and Tumor Dissection During Robot-assisted Partial Nephrectomy: A Preliminary Experience. Clin Genitourin Cancer. 2021 Jun;19(3): e149-e155. doi: 10.1016/j.clgc.2020.09.005. Epub 2020 Sep 18. PMID: 33060033.
21. De Backer P, Van Praet C, Simoens J, Peraire Lores M, Creemers H, Mestdagh K, Allaeys C, Vermijs S, Piazza P, Mottaran A, Bravi CA, Paciotti M, Sarchi L, Farinha R, Puliatti S, Cisternino F, Ferraguti F, Debbaut C, De Naeyer G, Decaestecker K, Mottrie A. Improving Augmented Reality Through Deep Learning: Real-time Instrument Delineation in Robotic Renal Surgery. Eur Urol. 2023 Jul;84(1):86-91. doi: 10.1016/j.eururo.2023.02.024. Epub 2023 Mar 21. PMID: 36941148.
22. Khaddad A, Bernhard JC, Margue G, Michiels C, Ricard S, Chandelon K, Bladou F, Bourdel N, Bartoli A. A survey of augmented reality methods to guide minimally invasive partial nephrectomy. World J Urol. 2023 Feb;41(2):335-343. doi: 10.1007/s00345-022-04078-0. Epub 2022 Jul 1. PMID: 35776173.
23. Della Corte M, Quarà A, De Cillis S, Volpi G, Amparore D, Piramide F, Piana A, Sica M, Di Dio M, Alba S, Porpiglia F, Checcucci E, Fiori C. 3D virtual models and augmented reality for radical prostatectomy: a narrative review. Chin Clin Oncol. 2024 Aug;13(4):56. doi: 10.21037/cco-24-31. PMID: 39238344.
24. Shirk JD, Reiter R, Wallen EM, Pak R, Ahlering T, Badani KK, Porter JR. Effect of 3-Dimensional, Virtual Reality Models for Surgical Planning of Robotic Prostatectomy on Trifecta Outcomes: A Randomized Clinical Trial. J Urol. 2022 Oct;208(4):618-625. doi: 10.1097/JU.0000000000002791
25. Checcucci E, Pecoraro A, Amparore D, De Cillis S, Granato S, Volpi G, Sica M, Verri P, Piana A, Piazzolla P, Porpiglia F; Uro-technology and SoMe Working Group of the Young Academic Urologists Working Party of the European Association of Urology. The impact of 3D models on positive surgical margins after robot-assisted radical prostatectomy. World J Urol. 2022 Sep;40(9):2221-2229. doi: 10.1007/s00345-022-04022-2.
26. Martini A, Falagario UG, Cumarasamy S, Jambor I, Wagaskar VG, Ratnani P, Haines KG 3rd, Tewari AK. The Role of 3D Models Obtained from Multiparametric Prostate MRI in Performing Robotic Prostatectomy. J Endourol. 2022 Mar;36(3):387-393. doi: 10.1089/end.2021.0491.
27. Porpiglia F, Checcucci E, Amparore D, Manfredi M, Massa F, Piazzolla P, Manfrin D, Piana A, Tota D, Bollito E, Fiori C. Three-dimensional Elastic Augmented-reality Robot-assisted Radical Prostatectomy Using Hyperaccuracy Three-dimensional Reconstruction Technology: A Step Further in the Identification of Capsular Involvement. Eur Urol. 2019 Oct;76(4):505-514. doi: 10.1016/j.eururo.2019.03.037. Epub 2019 Apr 9. PMID: 30979636.
28. Samei G, Goksel O, Lobo J, Mohareri O, Black P, Rohling R, Salcudean S. Real-Time FEM-Based Registration of 3-D to 2.5-D Transrectal Ultrasound Images. IEEE Trans Med Imaging. 2018 Aug;37(8):1877-1886. doi: 10.1109/TMI.2018.2808956.
29. Samei G, Tsang K, Kesch C, Lobo J, Hor S, Mohareri O, Chang S, Goldenberg SL, Black PC, Salcudean S. A partial augmented reality system with live ultrasound and registered preoperative MRI for guiding robot-assisted radical prostatectomy. Med Image Anal. 2020 Feb; 60:101588. doi: 10.1016/j.media.2019.101588.
30. Kratiras Z, Gavazzi A, Belba A, Willis B, Chew S, Allen C, Amoroso P, Dasgupta P. Phase I study of a new tablet-based image guided surgical system in robot-assisted radical prostatectomy. Minerva Urol Nefrol. 2019 Feb;71(1):92-95. doi: 10.23736/S0393-2249.18.03214-7.
31. Schiavina R, Bianchi L, Lodi S, Cercenelli L, Chessa F, Bortolani B, Gaudiano C, Casablanca C, Droghetti M, Porreca A, Romagnoli D, Golfieri R, Giunchi F, Fiorentino M, Marcelli E, Diciotti S, Brunocilla E. Real-time Augmented Reality Three-dimensional Guided Robotic Radical Prostatectomy: Preliminary Experience and Evaluation of the Impact on Surgical Planning. Eur Urol Focus. 2021 Nov;7(6):1260-1267. doi: 10.1016/j.euf.2020.08.004. Epub 2020 Sep 1. PMID: 32883625.
32. Porpiglia F, Fiori C, Checcucci E, Amparore D, Bertolo R. Augmented Reality Robot-assisted Radical Prostatectomy: Preliminary Experience. Urology. 2018 May; 115:184. doi: 10.1016/j.urology.2018.01.022.
33. Canda AE, Aksoy SF, Altinmakas E, Koseoglu E, Falay O, Kordan Y, Çil B, Balbay MD, Esen T. Virtual reality tumor navigated robotic radical prostatectomy by using three-dimensional reconstructed multiparametric prostate MRI and (68) Ga-PSMA PET/CT images: A useful tool to guide the robotic surgery? BJUI Compass. 2020 May 28;1(4):108-115. doi: 10.1002/bju5.30.
34. Checcucci E, Piana A, Volpi G, Piazzolla P, Amparore D, De Cillis S, Piramide F, Gatti C, Stura I, Bollito E, Massa F, Di Dio M, Fiori C, Porpiglia F. Three-dimensional automatic artificial intelligence driven augmented-reality selective biopsy during nerve-sparing robot-assisted radical prostatectomy: A feasibility and accuracy study. Asian J Urol. 2023 Oct;10(4):407-415. doi: 10.1016/j.ajur.2023.08.001. Epub 2023 Aug 10. PMID: 38024433; PMCID: PMC10659972.
35. Padovan E, Marullo G, Tanzi L, Piazzolla P, Moos S, Porpiglia F, Vezzetti E. A deep learning framework for real-time 3D model registration in robot-assisted laparoscopic surgery. Int J Med Robot. 2022 Jun;18(3): e2387. doi: 10.1002/rcs.2387. Epub 2022 Mar 13. PMID: 35246913; PMCID: PMC9286374.
36. Tanzi L, Piazzolla P, Porpiglia F, Vezzetti E. Real-time deep learning semantic segmentation during intra-operative surgery for 3D augmented reality assistance. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2021 Sep;16(9):1435-1445. doi: 10.1007/s11548-021-02437-7.
37. Porpiglia F, Bertolo R, Amparore D, Checcucci E, Artibani W, Dasgupta P, Montorsi F, Tewari A, Fiori C. Augmented reality during robot-assisted radical prostatectomy: Expert robotic surgeons’ on-the-spot insights after live surgery. Minerva Urol Nefrol. 2018 Jun;70(3):226-229. doi: 10.23736/S0393-2249.18.03071-1.
38. Andrews CM, Henry AB, Soriano IM, Southworth MK, Silva JR. Registration Techniques for Clinical Applications of Three-Dimensional Augmented Reality Devices. IEEE J Transl Eng Health Med. 2020 Dec 17; 9:4900214. doi: 10.1109/JTEHM.2020.3045642. PMID: 33489483; PMCID: PMC7819530.
Об авторах / Для корреспонденции
А в т о р д л я с в я з и: Д.В. Коновалов – аспирант Института урологии и репродуктивного здоровья человека Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет), Москва, Россия; e-mail: dimakonovalov1997@yandex.ruТакже по теме
