Mitral valve surgery assisted by virtual and augmented reality: Cardiac surgery at the front of innovation

Abstract

Background Given the variety in mitral valve (MV) pathology and associated surgical techniques, extended reality (XR) holds great potential to assist MV surgeons. This review aims to systematically evaluate the currently available evidence investigating the use of XR and associated technologies in MV surgery. Methods A systematic database search was conducted of original articles and case reports that explored the use of XR and MV surgery in EMBASE, MEDLINE, Cochrane database and Google Scholar, from inception to February 2022. Results Our search yielded 171 articles, of which 15 studies were included in this review, featuring 328 patients. Two main areas of application were identified: (i) pre-operative planning and (ii) predicting post-operative outcomes. The articles reporting outcomes relating to pre-operative planning were further categorised as exploring themes relevant to (i) mitral annular assessment; (ii) training; (iii) evaluation of surgical technique; (iv) surgical approach or plan and (v) selecting ring size or type. Preoperatively, XR has been shown to evaluate mitral annular pathology more accurately than echocardiography, informing the surgeon about the optimal surgical technique, approach and plan for a particular patient’s MV pathology. Furthermore, XR could simulate and aid ring size/type selection for MV annuloplasty, creating a personalized surgical plan. Additionally, XR could estimate the postoperative MV biomechanical and physiological characteristics, predicting and pre-empting post-operative complications. Conclusion XR demonstrated promising applications for assisting MV surgery, enhancing outcomes and patient-centred care, nevertheless, there remain the need for randomized studies to ascertain its feasibility, safety, and validity in clinical practice.

Extended Reality Applications in Cardiac Surgery and Interventional Cardiology

“…Останнім часом все більша кількість спеціалізованих центрів вдаються до планування операцій шляхом доопераційного дослідження будови клапанів, перегородок, камер серця, коронарних артерій, магістральних судин у ВР, що дозволяє більш прецизійно оцінити анатомічні особливості і на їх підставі обрати тактику хірургічного втручання [2,13,14,15,16]. Pisowodzka et al (2020) розглянули 3D-ЕхоКГ картини недостатності мітрального клапана спочатку з екрана ультразвукового апарата, а потім в стереоскопічному вигляді, і виявили, що в двох з дев'яти випадків ВР суттєво доповнила розуміння клапанних вад та вплинула на тактику операційного лікування [15].…”

“…На відміну від неї, смарт-окуляри HoloLens автономні та не прив'язані до станції чи гарнітури, а тому всі власники смартокулярів можуть взяти участь у сеансі однакового споглядання віртуальної моделі. Фахівці створюють віртуальні моделі аномалій, через смарт-окуляри надають можливість їх оглянути одночасно кільком учасникам доопераційного консилярного обговорення і таким чином обрати оптимальний варіант хірургічної корекції [16,22,23,24]. Виявилося, що хірурги, які ознайомилися з тривимірною структурою вади смарт-окулярами до операції, витратили менше часу на оцінювання анатомії інтраопераційно та швидше розпочали основний етап операції [23,24].…”

“…Yamada et al (2017) надрукували на 3D-принтері серце й органокомплекс грудної клітки, який слугував як симулятор для тренувань операцій на мітральному клапані з правобічної мініторакотомії та із застосуванням робота Да Вінчі [30]. Ряд дослідників показали, що завдяки навичкам, отриманим під час ВР пластики мітрального клапана і скелетизації внутрішньої грудної артерії, резиденти і досвідчені хірурги почали проводити ці втручання значно швидше і якісніше [16,31].…”

“…Навіть тривимірні реконструкції результатів томографії чи ультразвукового дослідження апарати показують в одній площині своїх моніторів. Через такі фізичні обмеження цінність 3D-реконструкцій зменшується і лікарі не завжди можуть використати їх переваги повною мірою [10,15,16].…”