Published January 1, 2023 | Version v1
Publication

The application of extended reality in cardiac surgery: potential implications for low- and middle-income countries

  • 1. Creative Commons
  • 2. Dow University of Health Sciences

Description

Dear Editor, Cardiovascular diseases (CVDs) are the leading cause of death worldwide and impose a significant burden. Based on the 2022 Global Burden of Disease Statistics by the American Heart Association, in 2020, ∼19.1 million deaths were attributed to CVD globally1. An estimated 17.9 million people died from CVDs in 2019, representing 32% of all global deaths, of which three-quarters of CVD deaths occurred in low- and middle-income countries (LMICs)2. As a result of cutting-edge technologies and expensive medications, the prevalence of CVDs is decreasing in high-income countries. However, it is still a considerable threat to LMICs. To combat CVDs and their prevalence in LMICs, it is advised that supportive strategies and better healthcare intervention systems, like cardiac surgery, be used. Due to the reliance on multiple health services, cardiac surgery is an expensive and complex intervention. However, despite the high procedural costs, it is still cost-effective due to its significant impact on individuals and populations. Pediatric cardiac surgery in LMICs can be cost-effective at $171 per disability-adjusted life year, which is more favorable than many common global public health interventions, such as oral rehydration therapy for diarrhea and HIV/AIDS treatment3. Recent years have seen computing devices emerge that can immerse users in a digital reality or overlay digital information onto physical reality. Many terms are used to describe and classify these devices, some with overlapping definitions or ambiguous interpretations. For this reason, the term "extended reality" (XR) has recently gained favor as an umbrella term that encompasses all of AR (augmented reality), VR (virtual reality), and MR (mixed reality)4. While VR displays are suitable for educational or preprocedure applications, 3D AR displays are generally better suited during procedures as they do not obscure the physician's vision. Recent studies have used this approach to create a 3D image of a myocardial scar using late gadolinium enhancement with the Microsoft HoloLens4. The mapping specialists and operators who used the visualization praised its usefulness during the intervention. A similar experiment has been conducted using the RealView Holographic Display system, which projects holographic images without requiring a headset4. The cost of implementing XR in healthcare settings has been a significant barrier to its use in surgery since the technology's conception. This is especially true for cardiac surgery, which demands high fidelity and accuracy from XR simulations regardless of their intended use5. Consequently, the technology is not cost-effective because the computer's processing power alone is inadequate for these simulations. However, the cost barriers to using XR in a surgical setting have decreased over the past decade as less expensive technology with significantly stronger processing power has entered the commercial market, and the opportunities for XR to enhance patient safety, surgical training, and audit quality have become clear. In particular, costs associated with implementing XR technology in a surgical setting are decreasing thanks to widely applicable commercial hardware use and adaptation. An example is the recently developed VR headsets, which offer realistic hand interactions and high-quality visuals. With the help of XR, experienced cardiac surgeons in one region of the world could instruct cardiac surgeons and residents to perform those intricate procedures in different parts of the world, saving money and time on travel. This would allow people to receive procedures in their country rather than traveling abroad and assist LMICs in learning from surgeons in nations with better surgical systems. This is a step toward achieving the primary goal of health policymakers and healthcare planners, which is to eliminate health disparities between individuals at opposite ends of socioeconomic gradients. The XR hardware landscape is changing rapidly. Future hardware advances should improve visual realism and user comfort. Incorporating haptic feedback into XR systems may be an important breakthrough for interventional procedures. This, along with technologies such as 5G connectivity going mainstream as well as artificial intelligence platforms in healthcare and quantum computing, holds promise for the future outlook of medicine in LMICs. Ethical approval No ethical approval was required for this search. Sources of funding None. Authors' contribution Y.K.: conceptualization, literature review, manuscript writing, and reviewing. M.K.: conceptualization, literature review, and manuscript writing. U.I.: literature review and manuscript writing. Conflicts of interest disclosure The authors declare that they have no financial conflict of interest with regard to the content of this report. Research registration unique identifying number (UIN) Not applicable. Guarantor Yumna Khabir, Mushkbar Khan, Urooj Iqbal.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

عزيزي المحرر، أمراض القلب والأوعية الدموية (CVDs) هي السبب الرئيسي للوفاة في جميع أنحاء العالم وتفرض عبئًا كبيرًا. استنادًا إلى إحصاءات العبء العالمي للأمراض لعام 2022 الصادرة عن جمعية القلب الأمريكية، في عام 2020، نُسبت 19.1 مليون حالة وفاة إلى أمراض القلب والأوعية الدموية على مستوى العالم1. توفي ما يقدر بنحو 17.9 مليون شخص بسبب أمراض القلب والأوعية الدموية في عام 2019، وهو ما يمثل 32 ٪ من جميع الوفيات العالمية، منها ثلاثة أرباع الوفيات الناجمة عن أمراض القلب والأوعية الدموية حدثت في البلدان المنخفضة والمتوسطةالدخل2. نتيجة للتقنيات المتطورة والأدوية باهظة الثمن، يتناقص انتشار أمراض القلب والأوعية الدموية في البلدان ذات الدخل المرتفع. ومع ذلك، لا يزال يشكل تهديدًا كبيرًا للبلدان منخفضة ومتوسطة الدخل. لمكافحة أمراض القلب والأوعية الدموية وانتشارها في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل، يُنصح باستخدام استراتيجيات داعمة وأنظمة تدخل رعاية صحية أفضل، مثل جراحة القلب. نظرًا للاعتماد على الخدمات الصحية المتعددة، تعد جراحة القلب تدخلًا مكلفًا ومعقدًا. ومع ذلك، على الرغم من ارتفاع التكاليف الإجرائية، إلا أنها لا تزال فعالة من حيث التكلفة بسبب تأثيرها الكبير على الأفراد والسكان. يمكن أن تكون جراحة القلب للأطفال في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل فعالة من حيث التكلفة عند 171 دولارًا لكل سنة حياة معدلة حسب الإعاقة، وهي أكثر ملاءمة من العديد من تدخلات الصحة العامة العالمية الشائعة، مثل علاج الإماهة الفموية للإسهال وعلاج فيروس نقص المناعة البشرية/الإيدز3. شهدت السنوات الأخيرة ظهور أجهزة حوسبة يمكنها غمر المستخدمين في واقع رقمي أو تراكب المعلومات الرقمية على الواقع المادي. تُستخدم العديد من المصطلحات لوصف هذه الأجهزة وتصنيفها، وبعضها يحتوي على تعريفات متداخلة أو تفسيرات غامضة. لهذا السبب، اكتسب مصطلح "الواقع الممتد" (XR) مؤخرًا استحسانًا كمصطلح شامل يشمل كل من الواقع المعزز (AR) والواقع الافتراضي (VR) والواقع المختلط (MR)4. في حين أن شاشات الواقع الافتراضي مناسبة للتطبيقات التعليمية أو ما قبل العملية، فإن شاشات الواقع المعزز ثلاثية الأبعاد تكون مناسبة بشكل عام أثناء الإجراءات لأنها لا تحجب رؤية الطبيب. استخدمت الدراسات الحديثة هذا النهج لإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد لندبة عضلة القلب باستخدام تحسين الجادولينيوم المتأخر باستخدام Microsoft HoloLens4. أشاد أخصائيو رسم الخرائط والمشغلون الذين استخدموا التصور بفائدته أثناء التدخل. وقد أجريت تجربة مماثلة باستخدام نظام العرض المجسم RealView، الذي يعرض الصور المجسمة دون الحاجة إلى سماعة رأس4. كانت تكلفة تنفيذ الأشعة السينية في أماكن الرعاية الصحية عائقًا كبيرًا أمام استخدامها في الجراحة منذ مفهوم التكنولوجيا. وينطبق هذا بشكل خاص على جراحة القلب، والتي تتطلب دقة عالية ودقة من محاكاة الأشعة السينية بغض النظر عن استخدامها المقصود5. وبالتالي، فإن التكنولوجيا ليست فعالة من حيث التكلفة لأن قوة معالجة الكمبيوتر وحدها غير كافية لهذه المحاكاة. ومع ذلك، انخفضت حواجز التكلفة أمام استخدام الأشعة السينية في بيئة جراحية على مدى العقد الماضي حيث دخلت التكنولوجيا الأقل تكلفة مع قوة معالجة أقوى بكثير إلى السوق التجارية، وأصبحت فرص الأشعة السينية لتعزيز سلامة المرضى والتدريب الجراحي وجودة التدقيق واضحة. على وجه الخصوص، تتناقص التكاليف المرتبطة بتنفيذ تقنية الأشعة السينية في بيئة جراحية بفضل استخدام الأجهزة التجارية القابلة للتطبيق على نطاق واسع والتكيف معها. ومن الأمثلة على ذلك سماعات الواقع الافتراضي التي تم تطويرها مؤخرًا، والتي توفر تفاعلات يدوية واقعية ومرئيات عالية الجودة. بمساعدة الأشعة السينية، يمكن لجراحي القلب ذوي الخبرة في منطقة واحدة من العالم توجيه جراحي القلب والمقيمين لإجراء هذه الإجراءات المعقدة في أجزاء مختلفة من العالم، مما يوفر المال والوقت في السفر. وهذا من شأنه أن يسمح للناس بتلقي الإجراءات في بلدهم بدلاً من السفر إلى الخارج ومساعدة البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل في التعلم من الجراحين في الدول التي لديها أنظمة جراحية أفضل. هذه خطوة نحو تحقيق الهدف الأساسي لواضعي السياسات الصحية ومخططي الرعاية الصحية، وهو القضاء على التفاوتات الصحية بين الأفراد على طرفي نقيض من التدرجات الاجتماعية والاقتصادية. يتغير مشهد أجهزة XR بسرعة. يجب أن تؤدي التطورات المستقبلية في الأجهزة إلى تحسين الواقعية المرئية وراحة المستخدم. قد يكون دمج التغذية الراجعة اللمسية في أنظمة الواقع الممتد إنجازًا مهمًا للإجراءات التدخلية. هذا، إلى جانب تقنيات مثل اتصال 5G السائدة وكذلك منصات الذكاء الاصطناعي في الرعاية الصحية والحوسبة الكمية، يبشر بالخير بالنسبة للتوقعات المستقبلية للطب في البلدان المنخفضة والمتوسطة الدخل. الموافقة الأخلاقية لم تكن هناك حاجة إلى موافقة أخلاقية لهذا البحث. مصادر التمويل لا يوجد. مساهمة المؤلفين Y.K.: التصور، ومراجعة الأدبيات، وكتابة المخطوطات، والمراجعة. MK: وضع المفاهيم ومراجعة الأدبيات وكتابة المخطوطات. UI: مراجعة الأدبيات وكتابة المخطوطات. الإفصاح عن تضارب المصالح يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم تضارب مصالح مالي فيما يتعلق بمحتوى هذا التقرير. رقم التعريف الفريد لتسجيل البحث (UIN) غير قابل للتطبيق. الكفيل يمنى كبير، مشكر خان، أوروج إقبال.

Translated Description (French)

Cher rédacteur, Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans le monde et imposent un fardeau important. Selon les statistiques sur la charge mondiale de morbidité de 2022 de l'American Heart Association, en 2020, environ19,1 millions de décès ont été attribués aux MCV dans le monde1. On estime que 17,9 millions de personnes sont mortes de maladies cardiovasculaires en 2019, ce qui représente 32 % de tous les décès dans le monde, dont les trois quarts dans les pays à revenu faible ou intermédiaire (PRFI)2. En raison des technologies de pointe et des médicaments coûteux, la prévalence des MCV diminue dans les pays à revenu élevé. Cependant, il reste une menace considérable pour les PRFI. Pour lutter contre les MCV et leur prévalence dans les PRFI, il est conseillé d'utiliser des stratégies de soutien et de meilleurs systèmes d'intervention en matière de soins de santé, comme la chirurgie cardiaque. En raison de la dépendance à plusieurs services de santé, la chirurgie cardiaque est une intervention coûteuse et complexe. Cependant, malgré les coûts procéduraux élevés, il reste rentable en raison de son impact significatif sur les individus et les populations. La chirurgie cardiaque pédiatrique dans les PRFI peut être rentable à 171 $ par année de vie corrigée de l'invalidité, ce qui est plus favorable que de nombreuses interventions de santé publique mondiales courantes, telles que la thérapie de réhydratation orale pour la diarrhée et le traitement du VIH/sida3. Ces dernières années ont vu émerger des dispositifs informatiques capables d'immerger les utilisateurs dans une réalité numérique ou de superposer des informations numériques à la réalité physique. De nombreux termes sont utilisés pour décrire et classer ces dispositifs, certains avec des définitions qui se chevauchent ou des interprétations ambiguës. Pour cette raison, le terme « réalité étendue » (XR) a récemment gagné la faveur en tant que terme générique qui englobe l'ensemble de la RA (réalité augmentée), de la RV (réalité virtuelle) et de la RM (réalité mixte)4. Alors que les écrans VR conviennent aux applications éducatives ou de pré-procédure, les écrans 3D AR sont généralement mieux adaptés pendant les procédures car ils ne masquent pas la vision du médecin. Des études récentes ont utilisé cette approche pour créer une image 3D d'une cicatrice myocardique en utilisant l'amélioration tardive du gadolinium avec le Microsoft HoloLens4. Les spécialistes de la cartographie et les opérateurs qui ont utilisé la visualisation ont fait l'éloge de son utilité lors de l'intervention. Une expérience similaire a été menée à l'aide du système d'affichage holographique RealView, qui projette des images holographiques sans nécessiter de casque4. Le coût de la mise en œuvre de la XR dans les établissements de santé a été un obstacle important à son utilisation en chirurgie depuis la conception de la technologie. Cela est particulièrement vrai pour la chirurgie cardiaque, qui exige une haute fidélité et une précision des simulations XR, quelle que soit leur utilisation prévue5. Par conséquent, la technologie n'est pas rentable car la puissance de traitement de l'ordinateur seule est insuffisante pour ces simulations. Cependant, les obstacles de coût à l'utilisation de XR dans un cadre chirurgical ont diminué au cours de la dernière décennie, car une technologie moins coûteuse avec une puissance de traitement significativement plus forte est entrée sur le marché commercial, et les opportunités pour XR d'améliorer la sécurité des patients, la formation chirurgicale et la qualité de l'audit sont devenues claires. En particulier, les coûts associés à la mise en œuvre de la technologie XR dans un cadre chirurgical diminuent grâce à l'utilisation et à l'adaptation du matériel commercial largement applicables. Un exemple est les casques VR récemment développés, qui offrent des interactions manuelles réalistes et des visuels de haute qualité. Avec l'aide de XR, des chirurgiens cardiaques expérimentés dans une région du monde pourraient demander aux chirurgiens cardiaques et aux résidents d'effectuer ces procédures complexes dans différentes parties du monde, ce qui permettrait d'économiser de l'argent et du temps en voyage. Cela permettrait aux gens de recevoir des procédures dans leur pays plutôt que de voyager à l'étranger et aiderait les PRFI à apprendre des chirurgiens dans les pays dotés de meilleurs systèmes chirurgicaux. Il s'agit d'une étape vers la réalisation de l'objectif principal des décideurs en matière de santé et des planificateurs des soins de santé, qui est d'éliminer les disparités en matière de santé entre les individus aux extrémités opposées des gradients socio-économiques. Le paysage matériel XR évolue rapidement. Les futures avancées matérielles devraient améliorer le réalisme visuel et le confort de l'utilisateur. L'intégration de la rétroaction haptique dans les systèmes XR peut être une percée importante pour les procédures interventionnelles. Ceci, associé à des technologies telles que la connectivité 5G généralisée ainsi qu'à des plateformes d'intelligence artificielle dans les soins de santé et l'informatique quantique, est prometteur pour les perspectives futures de la médecine dans les PRFI. Approbation éthique Aucune approbation éthique n'était requise pour cette recherche. Sources de financement Aucune. Contribution des auteurs Y.K. : conceptualisation, revue de la littérature, rédaction de manuscrits et révision. M.K. : conceptualisation, revue de littérature et rédaction de manuscrits. U.I. : revue de littérature et rédaction de manuscrits. Divulgation des conflits d'intérêts Les auteurs déclarent qu'ils n'ont aucun conflit d'intérêts financier en ce qui concerne le contenu de ce rapport. Numéro d'identification unique (NIU) de l'enregistrement de la recherche Sans objet. Garant Yumna Khabir, Mushkbar Khan, Urooj Iqbal.

Translated Description (Spanish)

Estimado editor, Las enfermedades cardiovasculares (ECV) son la principal causa de muerte en todo el mundo e imponen una carga significativa. Según las Estadísticas de la Carga Global de Enfermedades de 2022 de la Asociación Americana del Corazón, en 2020, se atribuyeron aproximadamente19,1 millones de muertes a las ECV en todo el mundo1. Se estima que 17,9 millones de personas murieron por ECV en 2019, lo que representa el 32% de todas las muertes mundiales, de las cuales tres cuartas partes de las muertes por ECV ocurrieron en países de ingresos bajos y medios (PIBM)2. Como resultado de las tecnologías de vanguardia y los medicamentos caros, la prevalencia de las ECV está disminuyendo en los países de altos ingresos. Sin embargo, sigue siendo una amenaza considerable para los PIBM. Para combatir las ECV y su prevalencia en los PIBM, se recomienda utilizar estrategias de apoyo y mejores sistemas de intervención sanitaria, como la cirugía cardíaca. Debido a la dependencia de múltiples servicios de salud, la cirugía cardíaca es una intervención costosa y compleja. Sin embargo, a pesar de los altos costes procesales, sigue siendo rentable debido a su importante impacto en las personas y las poblaciones. La cirugía cardíaca pediátrica en los PIBM puede ser rentable a $ 171 por año de vida ajustado por discapacidad, lo que es más favorable que muchas intervenciones comunes de salud pública mundial, como la terapia de rehidratación oral para la diarrea y el tratamiento del VIH/SIDA3. En los últimos años han surgido dispositivos informáticos que pueden sumergir a los usuarios en una realidad digital o superponer información digital a la realidad física. Se utilizan muchos términos para describir y clasificar estos dispositivos, algunos con definiciones superpuestas o interpretaciones ambiguas. Por esta razón, el término "realidad extendida" (XR) ha ganado popularidad recientemente como un término general que abarca todos los AR (realidad aumentada), VR (realidad virtual) y MR (realidad mixta)4. Si bien las pantallas VR son adecuadas para aplicaciones educativas o previas al procedimiento, las pantallas 3D AR generalmente son más adecuadas durante los procedimientos, ya que no oscurecen la visión del médico. Estudios recientes han utilizado este enfoque para crear una imagen 3D de una cicatriz miocárdica utilizando la mejora tardía de gadolinio con Microsoft HoloLens4. Los especialistas en mapeo y los operadores que utilizaron la visualización elogiaron su utilidad durante la intervención. Se ha realizado un experimento similar utilizando el sistema RealView Holographic Display, que proyecta imágenes holográficas sin necesidad de auriculares4. El coste de la implementación de la RX en entornos sanitarios ha sido una barrera importante para su uso en cirugía desde la concepción de la tecnología. Esto es especialmente cierto para la cirugía cardíaca, que exige una alta fidelidad y precisión de las simulaciones de XR, independientemente de su uso previsto5. En consecuencia, la tecnología no es rentable porque la potencia de procesamiento del ordenador por sí sola es inadecuada para estas simulaciones. Sin embargo, las barreras de costos para usar XR en un entorno quirúrgico han disminuido en la última década a medida que la tecnología menos costosa con un poder de procesamiento significativamente más fuerte ha ingresado al mercado comercial, y las oportunidades para que XR mejore la seguridad del paciente, la capacitación quirúrgica y la calidad de la auditoría se han vuelto claras. En particular, los costos asociados con la implementación de la tecnología XR en un entorno quirúrgico están disminuyendo gracias al uso y adaptación de hardware comercial ampliamente aplicable. Un ejemplo son los auriculares de realidad virtual recientemente desarrollados, que ofrecen interacciones con las manos realistas y efectos visuales de alta calidad. Con la ayuda de XR, cirujanos cardíacos experimentados en una región del mundo podrían instruir a cirujanos cardíacos y residentes para que realicen esos intrincados procedimientos en diferentes partes del mundo, ahorrando dinero y tiempo en viajes. Esto permitiría a las personas recibir procedimientos en su país en lugar de viajar al extranjero y ayudar a los PIBM a aprender de los cirujanos en naciones con mejores sistemas quirúrgicos. Este es un paso hacia el logro del objetivo principal de los formuladores de políticas de salud y los planificadores de atención médica, que es eliminar las disparidades de salud entre las personas en extremos opuestos de los gradientes socioeconómicos. El panorama del hardware XR está cambiando rápidamente. Los futuros avances de hardware deberían mejorar el realismo visual y la comodidad del usuario. La incorporación de retroalimentación háptica en los sistemas de RX puede ser un avance importante para los procedimientos de intervención. Esto, junto con tecnologías como la conectividad 5G que se está generalizando, así como las plataformas de inteligencia artificial en la atención médica y la computación cuántica, es prometedor para las perspectivas futuras de la medicina en los PIBM. Aprobación ética No se requirió aprobación ética para esta búsqueda. Fuentes de financiación Ninguna. Contribución de los autores Y.K.: conceptualización, revisión de literatura, redacción de manuscritos y revisión. M.K.: conceptualización, revisión de literatura y redacción de manuscritos. U.I.: revisión de literatura y redacción de manuscritos. Divulgación de conflictos de intereses Los autores declaran que no tienen ningún conflicto de intereses financiero con respecto al contenido de este informe. Registro de investigación número de identificación único (UIN) No aplica. Garante Yumna Khabir, Mushkbar Khan, Urooj Iqbal.

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تطبيق الواقع الممتد في جراحة القلب: الآثار المحتملة على البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل
Translated title (French)
L'application de la réalité étendue en chirurgie cardiaque : implications potentielles pour les pays à revenu faible et intermédiaire
Translated title (Spanish)
La aplicación de la realidad extendida en la cirugía cardíaca: implicaciones potenciales para los países de ingresos bajos y medios

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4321169036
DOI
10.1097/js9.0000000000000082

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W2295721414
  • https://openalex.org/W2900568667
  • https://openalex.org/W2934604820
  • https://openalex.org/W3182723172