Valutazione dell'efficacia del training haptic virtuale in endodonzia microchirurgica.

Aim: The aim of this study is to evaluate the performance and relation about the haptic contribution to the virtual simulation. Method Generation of digital data: an exercise that focused on the essential feature of endodontic microsurgical preparation was conceptualized and developed. The volumes were collected by CBCT and exported in stereolithography (STL) to optimize them to the VR environment. Creation of the VR dental simulation: the simulation takes place in a virtual environment and is complemented with the haptic device, the virtual reality headsets, the corresponding controllers, and a laptop. The graphics and touchable haptic solid were both created using Virteasy Editor, a graphical tool that allows the transformation of 3D surfaces (STL,PLY formats) into both graphical and volumetric haptic solids depending on their material (enamel, dentine, pulp, bone).The elements were exported into a graphical scene, either on a standalone jaw, or within a virtual patient, which can be interacted with a haptic device for the purposes of performing a treatment. Haptic feedback in conventional endodontic surgery: due to the fact the amount of force feedback can differ according to, and depend on, the specific task being performed, and the operator experience the real force that an endodontist surgeon applies at the extremity of the instruments and how these forces are translated to the instrument tips during microsurgery gestures are calculated on different operators to obtain a mean value. Assessments criteria and feedback statements: ten undergraduate students and five expert operators in the field were selected to perform the exercises both on virtual typodont and virtual patient. Each exercise has been performed 4 times during a 4-week program. At the end of the 4 weeks each operator had to perform the exercise without the target suggestion from the simulator. Users were asked to execute the osteotomy and the root resection, following the prescribed area, using a high-speed dental handpiece and a multiblade bur. The assessment criteria were determined, and the feedback statements created by a questionnaire with fixed answer options to allow the software to provide qualitative feedback to the user. Moreover, participants were given a questionnaire on previous knowledge of the virtual world and the results obtained. Results: the degree of realism of implemented haptic feedback related to the task that is being trained is the key role, in fact the major controversies about computer simulation concern the tactile sensation. A slight learning curve was noted to be necessary since most participants reported an increasing ease of handling the simulator components during the training program. A t-test showed significant difference between the first and the last simulation performed by the undergraduate students in accuracy and target progress for the osteotomy exercise while there was no difference in the apicoectomy exercise, although a better trend was evidenced. Conclusion: VR simulators offer value benefits in training, in terms of repetitive training scenarios overcoming psychomotor learning curves, integration of didactic modalities, and objective assessment of outcome parameters. The addition of haptic feedback in VR training reduces surgical error and it is important during the early phase of psychomotor skill acquisition by enhancing the trainee’s sensorics perception capabilities and thus facilitating transfer of skill from simulation to the operating room. This study aims to prove how it is possible to provide reliable and clinically relevant qualitative feedback with VR simulator. The participants noted that they were able to feel the different resistance offered by the haptic pen on different virtual mineralized dental tissues.

Introduzione Il progresso scientifico in ambito di realtà virtuale (VR) e tecnologia aptica stanno mostrando sempre maggiore interesse in ambito odontoiatrico. Le esercitazioni precliniche sono fondamentali per acquisire familiarità con complesse tecniche chirurgiche e per sviluppare le abilità individuali, i simulatori VR offrono vantaggi importanti nella formazione: migliorano le curve di apprendimento psicomotorio, la possibilità di creare esercitazioni su misura e standardizzate in ambiente di apprendimento a basso rischio, e la valutazione obiettiva dei risultati. L’obiettivo dello studio è di valutare l’efficacia e il contributo della tecnologia aptica alle esercitazioni con VR in endodonzia microchirurgica. Materiali e Metodi È stato sviluppato un esercizio di endodonzia microchirurgica. I volumi sono stati acquisiti tramite CBCT ed esportati in STL per integrarli all’ambiente virtuale. La grafica e il solido tattile sono stati creati utilizzando Virteasy Editor, uno strumento grafico che consente la trasformazione di superfici 3D (STL,PLY) in solidi aptici sia grafici che volumetrici a seconda del loro materiale (smalto, dentina, polpa, osso). Gli elementi sono stati esportati in una scena grafica che può interagire con un dispositivo tattile allo scopo di eseguire un trattamento.La simulazione avviene in un ambiente virtuale tramite il simulatore virtuale Virteasy Dental ed è integrata con il dispositivo aptico, il visore per la VR, i controller, e un laptop. 10 studenti universitari e 8 operatori esperti sono stati selezionati per eseguire gli esercizi sia su modello virtuale che su paziente virtuale. Ogni esercizio è stato eseguito 4 volte durante un programma di 4 settimane. Agli utenti è stato chiesto di eseguire l'osteotomia e l’apicectomia, seguendo l'area prescritta, utilizzando un manipolo ad alta velocità e una fresa multilama.Alla fine, ogni operatore ha eseguito l'esercizio senza il suggerimento del target. Sono stati determinati i criteri di valutazione ed è stato creato un questionario di feedback per consentire al software di fornire un riscontro qualitativo all'utente.Inoltre, ai partecipanti è stato somministrato un questionario sulla conoscenza pregressa del mondo virtuale e sui risultati ottenuti. Risultati Un t test ha mostrato una differenza significativa tra la prima e l'ultima simulazione eseguita dagli studenti universitari in termini di accuratezza e rimozione target per l'esercizio di osteotomia [target progress: 94,92%(P1), 82,09%(P4 no target); accuracy: 45,95%(P1), 57,28%(P4 no target)]. Non è stata trovata differenza nell'esercizio di apicectomia, sebbene fosse stata evidenziata una tendenza migliore.La stessa tendenza è stata evidenziata nell’operatore esperto. Discussione L'aggiunta del feedback tattile nella formazione VR riduce l'errore chirurgico ed è importante durante la fase iniziale dell'acquisizione delle abilità psicomotorie, migliorando le capacità di percezione sensoriale del tirocinante e facilitando così il trasferimento delle abilità dalla simulazione alla sala operatoria. La rimozione del target al termine delle simulazioni ha portato ad una riduzione della percentuale di volume rimosso; quindi, un approccio maggiormente conservativo e un miglioramento dell’accuratezza; mostrando un corretto apprendimento da parte degli studenti dei volumi e procedure chirurgiche. Per gli operatori esperti è stata rilevata la necessità di una lieve curva di apprendimento nella gestione dei componenti del simulatore durante il programma di esercitazione, rispetto agli studenti, che non ha tuttavia influito sui risultati in quanto dalla prima esercitazione target e accuratezza sono risultati sufficienti.