Advanced surgical planning using 3D Printing and Virtual Reality: a systematic comparison.

Surgical Planning comprises a variety of sophisticated technologies that play a crucial role in the preparation of surgical steps, especially in difficult and delicate procedures. These tools empower surgeons by enabling them to visualize the surgical area, identify potential complications, and meticulously outline their surgical approach. Among these advancements, 3D-printed anatomical models have firmly established themselves as a promising solution to address a multitude of clinical challenges. The procedure hinges on the segmentation of a specific region of interest from imaging modalities like MRI and CT scans. Subsequently, 3D printing technology is employed to fabricate a highly accurate model of the anatomical region in question. Ultimately, these tangible models serve as invaluable resources for surgeons, aiding in their preparation and providing a platform for procedural training. Reykjavik University's Institute of Biomedical and Neural Engineering (IBNE) is a pioneer in the field, having been planning surgery for University Hospital Landspitali, Iceland, using 3D printing models since 2005. The aim of this thesis is to compare well-known 3D printing with emerging virtual reality technology for surgical planning. Specifically, the study evaluates the advantages and disadvantages of performing the segmentation of medical images using the traditional Mimics software (Materialize) or the emerging Elucis software (Realize Medical), which allows users to create three-dimensional anatomical models in a virtual reality environment. Moreover, the differences between the visualization of the surgical planning models through VR or 3D printing technology are assessed through a questionnaire filled out by surgeons and engineers. Results indicate that both three-dimensional printing and virtual reality are superior to current visualization techniques in providing a more comprehensive visualization of diseases. However, VR was perceived as more useful in medical education and in visualizing organs compared to 3D printed models, which are more beneficial for preoperative planning in maxillofacial and orthopedic cases and are also easier to use. This study concludes that both VR and 3D Printing have a remarkable clinical value in surgical planning, although further research is needed to involve more specialists to gather their views on the usefulness of these tools.

La pianificazione chirurgica comprende una serie di sofisticate tecnologie che svolgono un ruolo cruciale nella preparazione di difficili e delicati interventi. Questi strumenti consentono ai medici di visualizzare l'area chirurgica, identificare le potenziali complicazioni e delineare meticolosamente l'approccio operatorio. I modelli anatomici stampati in 3D si sono affermati come una soluzione promettente per affrontare una moltitudine di sfide cliniche. La procedura si basa sulla segmentazione di una specifica regione di interesse a partire da immagini biomedicali come la risonanza magnetica e la TAC. Successivamente, la stampa 3D viene impiegata per fabbricare un modello altamente accurato della regione anatomica in questione. In definitiva, questi modelli tangibili fungono da preziose risorse per i chirurghi, aiutandoli nella pianificazione operatoria e fornendo uno strumento di training. L'Institute of Biomedical and Neural Engineering (IBNE) dell'Università di Reykjavik è un pioniere in questo campo, poiché dal 2005 pianifica interventi chirurgici per l'Ospedale Universitario Landspitali utilizzando modelli di stampa 3D. L'obiettivo di questa tesi è confrontare la ben nota tecnica di stampa 3D con l'emergente tecnologia della realtà virtuale per la pianificazione preoperatoria. In particolare, lo studio valuta i vantaggi e gli svantaggi di eseguire la segmentazione di immagini mediche utilizzando il tradizionale software Mimics (Materialize) o l'emergente software Elucis (Realize Medical), che consente agli utenti di creare modelli anatomici tridimensionali in un ambiente di realtà virtuale. Inoltre, le differenze tra la visualizzazione dei modelli anatomici attraverso la VR o la stampa 3D sono state valutate attraverso un questionario compilato da chirurghi e ingegneri. I risultati indicano che, sia la stampa tridimensionale che la realtà virtuale, sono superiori alle tradizionali tecniche di visualizzazione. Tuttavia, la VR è stata percepita come più utile nell'educazione medica e nella visualizzazione degli organi rispetto ai modelli stampati in 3D, che sono più utili per la pianificazione preoperatoria nei casi maxillo-facciali e ortopedici e sono anche più facili da utilizzare. Questo studio conclude che sia la VR che la stampa 3D hanno un importante valore clinico nella pianificazione chirurgica. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per coinvolgere un maggior numero di specialisti e raccogliere le loro opinioni sull'utilizzo di questi strumenti.