Potential use of virtual and augmented reality technologies in modern cardiology and cardiac surgery

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Innovative technologies have dramatically changed medical practice, particularly in cardiac surgery, which requires precision and caution due to the challenging nature of procedures. The use of virtual reality (VR) and augmented reality (AR) in this area has great potential to improve surgical planning, medical education and patient outcomes.

This review analyzes the literature on the role of VR and AR in modern cardiology and discusses possible directions for their development.

The search retrieved 3,858 publications from PubMed/MEDLINE, 69 publications from eLibrary, and 1,115 publications from Google Scholar. Searches included the following keywords and combinations thereof: virtual reality; augmented reality; cardiology; cardiac surgery. Publications were searched from the time the relevant databases were created to May 2024.

Cardiac care today involves increasingly sophisticated procedures that require a high level of expertise. VR becomes a powerful tool for both surgical planning and education. It opens new opportunities for educating and training cardiologists. It can be used to create realistic simulations of situations healthcare professionals may encounter in their practice. Students are able to gain hands on experience with no risk to real patients. Integrating virtual reality into cardiology practice has great potential, but several issues need to be addressed. Standards for safety and efficacy of the medical use of virtual reality should be developed. Further research is also needed to assess the long term health effects of VR use on patients.

Толық мәтін

##article.viewOnOriginalSite##

Авторлар туралы

Seda Rashidova

Khasavyurt Perinatal Center

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: rrstr1990@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-9090-0688
SPIN-код: 5824-7314

MD

Ресей, Khasavyurt

Emma Bdoyan

Rostov State Medical University

Email: emma.bdoyan@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-4343-1049
Ресей, Rostov-on-Don

Madina Timurzieva

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: timurziyeva.madina@bk.ru
ORCID iD: 0009-0002-6048-7108
Ресей, Moscow

Sofya Lobanovskaya

Pirogov Russian National Research Medical University

Email: sonyalobanovsk11@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0009-7486-0672
Ресей, Moscow

Valeria Naumenko

Rostov State Medical University

Email: valerianaumenko555@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-3836-9231
Ресей, Rostov-on-Don

Angelina Rakhmanova

Rostov State Medical University

Email: alyarakhmanova@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-2209-8988
Ресей, Rostov-on-Don

Valeriya Timofeeva

Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University

Email: timofeeva-valera@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-0040-6447
Ресей, Saint Petersburg

Alexey Gutsulyak

Bashkir State Medical University

Email: alex.guculyak@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-3242-9859

MD

Ресей, Ufa

Artem Zainullin

Bashkir State Medical University

Email: artem.z011@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1581-7120
Ресей, Ufa

Karina Uzbekova

Bashkir State Medical University

Email: uzkarina@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-7099-2635
SPIN-код: 7263-6262
Ресей, Ufa

Valeriya Kharitonova

Bashkir State Medical University

Email: valeriya0901@bk.ru
ORCID iD: 0009-0009-0978-2997
Ресей, Ufa

Narina Akhmetova

Bashkir State Medical University

Email: junehiltoncamp@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0073-4672
SPIN-код: 7830-7828
Ресей, Ufa

Әдебиет тізімі

  1. Nikolaev VA, Nikolaev AA. Virtual, augmented and mixed reality technologies in the context of digitalization of healthcare system. Medical Technologies. Assessment and Choice. 2020;(2):35–42. EDN: AWZZTL doi: 10.17116/medtech20204002135
  2. Jiang Z, Guo Y, Wang Z. Digital twin to improve the virtual real integration of industrial IoT. J Ind Inf Integr. 2021;22(11):100196. doi: 10.1016/j.jii.2020.100196
  3. Nikitin AI, Abramov MK. The use of VR in medicine. In: Aktual’nye problemy aviacii i kosmonavtiki. Sbornik materialov V Mezhdunarodnoj nauchno prakticheskoj konferencii, posvyashchennoj Dnyu kosmonavtiki. 2019;2:193–194. (In Russ.) EDN: RLBTYQ
  4. Haleem A, Javaid M. Industry 5.0 and its applications in orthopaedics. J Clin Orthop Trauma. 2019;10(4):807–808. doi: 10.1016/j.jcot.2018.12.010
  5. Cho KH, Hong MR, Song WK. Upper Limb Robot Assisted Therapy Based on Visual Error Augmentation in Virtual Reality for Motor Recovery and Kinematics after Chronic Hemiparetic Stroke: A Feasibility Study. Healthcare (Basel). 2022;10(7):1186. doi: 10.3390/healthcare10071186
  6. Namiot ED. Augmented reality in medicine. International Journal of Open Information Technologies. 2019;7(11):94–99. EDN: ULRJCX
  7. Sutherland J, Belec J, Sheikh A, et al. Applying Modern Virtual and Augmented Reality Technologies to Medical Images and Models. J Digit Imaging. 2019;32(1):38–53. doi: 10.1007/s10278-018-0122-7
  8. Taghian A, Abo Zahhad M, Sayed MS, Abd El Malek AH. Virtual and augmented reality in biomedical engineering. Biomed Eng Online. 2023;22(1):76. doi: 10.1186/s12938-023-01138-3
  9. Buytaert JA, Dirckx JJ. Design and quantitative resolution measurements of an optical virtual sectioning three dimensional imaging technique for biomedical specimens, featuring two micrometer slicing resolution. J Biomed Opt. 2007;12(1):014039. doi: 10.1117/1.2671712
  10. Silva JNA, Southworth M, Raptis C, Silva J. Emerging Applications of Virtual Reality in Cardiovascular Medicine. JACC Basic Transl Sci. 2018;3(3):420–430. doi: 10.1016/j.jacbts.2017.11.009
  11. Rymuza B, Grodecki K, Kamiński J, et al. Holographic imaging during transcatheter aortic valve implantation procedure in bicuspid aortic valve stenosis. Kardiol Pol. 2017;75(10):1056. doi: 10.5603/KP.2017.0195
  12. Aslani N, Behmanesh A, Garavand A, et al. The Virtual Reality Technology Effects and Features in Cardiology Interventions Training: A Scoping Review. Med J Islam Repub Iran. 2022;36:77. doi: 10.47176/mjiri.36.77
  13. Southworth MK, Silva JR, Silva JNA. Use of extended realities in cardiology. Trends Cardiovasc Med. 2020;30(3):143–148. doi: 10.1016/j.tcm.2019.04.005
  14. Culbertson C, Nicolas S, Zaharovits I, et al. Methamphetamine craving induced in an online virtual reality environment. Pharmacol Biochem Behav. 2010;96(4):454–460. doi: 10.1016/j.pbb.2010.07.005
  15. Arslan F, Gerckens U. Virtual support for remote proctoring in TAVR during COVID-19. Catheter Cardiovasc Interv. 2021;98(5):E733–E736. doi: 10.1002/ccd.29504
  16. Liu J, Al’Aref SJ, Singh G, et al. An augmented reality system for image guidance of transcatheter procedures for structural heart disease. PLoS One. 2019;14(7):e0219174. doi: 10.1371/journal.pone.0219174
  17. de Jesus Catalã CA, Pan R, Rossetto Kron Rodrigues M, de Oliveira Freitas N. Virtual Reality Therapy to Control Burn Pain: Systematic Review of Randomized Controlled Trials. J Burn Care Res. 2022;43(4):880–888. doi: 10.1093/jbcr/irab213
  18. Salisbury JP. Using Medical Device Standards for Design and Risk Management of Immersive Virtual Reality for At Home Therapy and Remote Patient Monitoring. JMIR Biomed Eng. 2021;6(2):e26942. doi: 10.2196/26942
  19. Keshvari M, Yeganeh MR, Paryad E, et al. The effect of virtual reality distraction on reducing patients’ anxiety before coronary angiography: a randomized clinical trial study. Egypt Heart J. 2021;73(1):98. doi: 10.1186/s43044-021-00224-y
  20. Aardoom JJ, Hilt AD, Woudenberg T, et al. A Preoperative Virtual Reality App for Patients Scheduled for Cardiac Catheterization: Pre Post Questionnaire Study Examining Feasibility, Usability, and Acceptability. JMIR Cardio. 2022;6(1):e29473. doi: 10.2196/29473
  21. Morgan H, Nana M, Phillips D, Gallagher S. The Effect of a Virtual Reality Immersive Experience Upon Anxiety Levels, Procedural Understanding, and Satisfaction in Patients Undergoing Cardiac Catheterization: The Virtual Cath Trial. J Invasive Cardiol. 2021;33(9):E681–E686. doi: 10.25270/jic/20.00664
  22. Gökçe E, Arslan S. Effects of virtual reality and acupressure interventions on pain, anxiety, vital signs and comfort in catheter extraction processes for patients undergoing coronary angiography: A randomized controlled trial. Int J Nurs Pract. 2023;29(6):e13176. doi: 10.1111/ijn.13176
  23. Bruno RR, Lin Y, Wolff G, et al. Virtual reality assisted conscious sedation during transcatheter aortic valve implantation: a randomised pilot study. EuroIntervention. 2020;16(12):e1014–e1020. doi: 10.4244/EIJ-D-20-00269
  24. Hermans ANL, Betz K, Verhaert DVM, et al. 360° Virtual reality to improve patient education and reduce anxiety towards atrial fibrillation ablation. Europace. 2023;25(3):855–862. doi: 10.1093/europace/euac246
  25. Chang SL, Kuo MJ, Lin YJ, et al. Virtual reality informative aids increase residents’ atrial fibrillation ablation procedures related knowledge and patients’ satisfaction. J Chin Med Assoc. 2021;84(1):25–32. doi: 10.1097/JCMA.0000000000000464
  26. Chang SL, Kuo MJ, Lin YJ, et al. Virtual reality based preprocedural education increases preparedness and satisfaction of patients about the catheter ablation of atrial fibrillation. J Chin Med Assoc. 2021;84(7):690–697. doi: 10.1097/JCMA.0000000000000555
  27. Brewer MB, Lau DL, Chu EA, et al. Virtual reality can reduce anxiety during office based great saphenous vein radiofrequency ablation. J Vasc Surg Venous Lymphat Disord. 2021;9(5):1222–1225. doi: 10.1016/j.jvsv.2020.12.081
  28. Goo HW, Park SJ, Yoo SJ. Advanced Medical Use of Three Dimensional Imaging in Congenital Heart Disease: Augmented Reality, Mixed Reality, Virtual Reality, and Three Dimensional Printing. Korean J Radiol. 2020;21(2):133–145. doi: 10.3348/kjr.2019.0625
  29. Stepanenko A, Perez LM, Ferre JC, et al. 3D Virtual modelling, 3D printing and extended reality for planning of implant procedure of short term and long term mechanical circulatory support devices and heart transplantation. Front Cardiovasc Med. 2023;10:1191705. doi: 10.3389/fcvm.2023.1191705
  30. Davies RR, Hussain T, Tandon A. Using virtual reality simulated implantation for fit testing pediatric patients for adult ventricular assist devices. JTCVS Tech. 2020;6:134–137. doi: 10.1016/j.xjtc.2020.10.017
  31. Ramaswamy RK, Marimuthu SK, Ramarathnam KK, et al. Virtual reality guided left ventricular assist device implantation in pediatric patient: Valuable presurgical tool. Ann Pediatr Cardiol. 2021;14(3):388–392. doi: 10.4103/apc.apc_81_21
  32. Tautz L, Walczak L, Georgii J, et al. Combining position based dynamics and gradient vector flow for 4D mitral valve segmentation in TEE sequences. Int J Comput Assist Radiol Surg. 2020;15(1):119–128. doi: 10.1007/s11548-019-02071-4
  33. Bruckheimer E, Rotschild C. Holography for imaging in structural heart disease. EuroIntervention. 2016;12 Suppl X:81–84. doi: 10.4244/EIJV12SXA15
  34. Currie ME, McLeod AJ, Moore JT, et al. Augmented Reality System for Ultrasound Guidance of Transcatheter Aortic Valve Implantation. Innovations (Phila). 2016;11(1):31–39. doi: 10.1097/IMI.0000000000000235
  35. Butera G, Sturla F, Pluchinotta FR, et al. Holographic Augmented Reality and 3D Printing for Advanced Planning of Sinus Venosus ASD/Partial Anomalous Pulmonary Venous Return Percutaneous Management. JACC Cardiovasc Interv. 2019;12(14):1389–1391. doi: 10.1016/j.jcin.2019.03.020
  36. Zbroński K, Rymuza B, Scisło P, et al. Augmented reality in left atrial appendage occlusion. Kardiol Pol. 2018;76(1):212. doi: 10.5603/KP.2018.0017
  37. Iannotta M, d’Aiello FA, Van De Bruaene A, et al. Modern tools in congenital heart disease imaging and procedure planning: a European survey. J Cardiovasc Med (Hagerstown). 2024;25(1):76–87. doi: 10.2459/JCM.0000000000001569
  38. Deng S, Wheeler G, Toussaint N, et al. A Virtual Reality System for Improved Image Based Planning of Complex Cardiac Procedures. J Imaging. 2021;7(8):151. doi: 10.3390/jimaging7080151
  39. Raimondi F, Vida V, Godard C, et al. Fast track virtual reality for cardiac imaging in congenital heart disease. J Card Surg. 2021;36(7):2598–2602. doi: 10.1111/jocs.15508
  40. Kim B, Loke YH, Mass P, et al. A Novel Virtual Reality Medical Image Display System for Group Discussions of Congenital Heart Disease: Development and Usability Testing. JMIR Cardio. 2020;4(1):e20633. doi: 10.2196/20633
  41. Patel N, Costa A, Sanders SP, Ezon D. Stereoscopic virtual reality does not improve knowledge acquisition of congenital heart disease. Int J Cardiovasc Imaging. 2021;37(7):2283–2290. doi: 10.1007/s10554-021-02191-6
  42. Lau I, Gupta A, Sun Z. Clinical Value of Virtual Reality versus 3D Printing in Congenital Heart Disease. Biomolecules. 2021;11(6):884. doi: 10.3390/biom11060884
  43. Milano EG, Pajaziti E, Schievano S, et al. P369 Patient specific virtual reality for education in con genital heart disease. Eur Heart J Cardiovasc Imaging. 2020;21(suppl 1). doi: 10.1093/ehjci/jez319.218
  44. Ong CS, Krishnan A, Huang CY, et al. Role of virtual reality in congenital heart disease. Congenit Heart Dis. 2018;13(3):357–361. doi: 10.1111/chd.12587
  45. Sadeghi AH, Maat APWM, Taverne YJHJ, et al. Virtual reality and artificial intelligence for 3-dimensional planning of lung segmentectomies. JTCVS Tech. 2021;7:309–321. doi: 10.1016/j.xjtc.2021.03.016
  46. van de Woestijne PC, Bakhuis W, Sadeghi AH, et al. 3D Virtual Reality Imaging of Major Aortopulmonary Collateral Arteries: A Novel Diagnostic Modality. World J Pediatr Congenit Heart Surg. 2021;12(6):765–772. doi: 10.1177/21501351211045064
  47. Franson D, Dupuis A, Gulani V, et al. A System for Real Time, Online Mixed Reality Visualization of Cardiac Magnetic Resonance Images. J Imaging. 2021;7(12):274. doi: 10.3390/jimaging7120274
  48. Bindschadler M, Buddhe S, Ferguson MR, et al. HEARTBEAT4D: An Open source Toolbox for Turning 4D Cardiac CT into VR/AR. J Digit Imaging. 2022;35(6):1759–1767. doi: 10.1007/s10278-022-00659-y
  49. Aeckersberg G, Gkremoutis A, Schmitz Rixen T, Kaiser E. The relevance of low fidelity virtual reality simulators compared with other learning methods in basic endovascular skills training. J Vasc Surg. 2019;69(1):227–235. doi: 10.1016/j.jvs.2018.10.047
  50. Andersen NL, Jensen RO, Posth S, et al. Teaching ultrasound guided peripheral venous catheter placement through immersive virtual reality: An explorative pilot study. Medicine (Baltimore). 2021;100(27):e26394. doi: 10.1097/MD.0000000000026394
  51. Arshad I, De Mello P, Ender M, et al. Reducing Cybersickness in 360 Degree Virtual Reality. Multisens Res. 2021:1–17. doi: 10.1163/22134808-bja10066
  52. Jung C, Wolff G, Wernly B, et al. Virtual and Augmented Reality in Cardiovascular Care: State of the Art and Future Perspectives. JACC Cardiovasc Imaging. 2022;15(3):519–532. doi: 10.1016/j.jcmg.2021.08.017
  53. Mahtab EAF, Egorova AD. Current and future applications of virtual reality technology for cardiac interventions. Nat Rev Cardiol. 2022;19(12):779–780. doi: 10.1038/s41569-022-00789-4
  54. Pezel T, Coisne A, Bonnet G, et al. Simulation-based training in cardiology: State of the art review from the French Commission of Simulation Teaching (Commission d’enseignement par simulation-COMSI) of the French Society of Cardiology. Arch Cardiovasc Dis. 2021;114(1):73–84. doi: 10.1016/j.acvd.2020.10.004
  55. Spiegel B, Fuller G, Lopez M, et al. Virtual reality for management of pain in hospitalized patients: A randomized comparative effectiveness trial. PLoS One. 2019;14(8):e0219115. doi: 10.1371/journal.pone.0219115

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. Publication search algorithm.

Жүктеу (181KB)
Метадеректер

© Eco-Vector, 2024

Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімді Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».