Validation of specially designed and artificial intelligence-based 3D head model for training of Gasserian ganglion puncture

Aim. To design, develop and validate a 3D head simulation model for foramen ovale puncture, incorporating computer vision-based artificial intelligence (AI) technologies.Materials and methods. A 3D simulation model with AI integration was developed in the prototyping laboratory. Its effectiveness for surgical training was evaluated by two groups: neurosurgeons with five or more years of experience (n = 10) and residents (n = 28). Training outcomes were assessed using the following parameters: intervention time, number of puncture attempts until they achieved the first one without any complications, number of complications involving critical anatomical structures. The validity was assessed using a Likert scale.Results. Before the training session, the groups differed in terms of the time spent on the procedure, the number of puncture attempts and the number of complications involving critical anatomical structures. Post-training intervention time decreased by 50% in both groups, the number of puncture attempts reduced by 50.0% in physicians and by 60.3% in residents. The cumulative number of complications declined by 57.8% in physicians and by 59% in residents. Likert scale analysis revealed no statistically significant differences between groups across all parameters. The feasibility and educational effectiveness of the model were rated as 4 or 5 by 90% of participants in both groups. Anatomical realism received a score of 4 or 5 from 90% of physicians and 100% of residents. Radiographic realism received a score of 4 or 5 from all participants. The cost of creating a simulator, excluding the cost of a 3D printer, was 22,685 rubles.Conclusion. The developed 3D simulation model with AI integration significantly improved training outcomes both in physicians’ and residents’ groups. The use of standard prototyping equipment provides a cost-effective, radiation-free alternative for widespread implementation in neurosurgical education.

Цель. Спроектировать, разработать и валидировать 3D-модель головы для пункции овального отверстия, используя технологии искусственного интеллекта (ИИ) на основе компьютерного зрения.Материалы и методы. В лаборатории прототипирования разработана трехмерная симуляционная модель с интеграцией ИИ. Ее эффективность для хирургического обучения оценивалась в двух группах: нейрохирурги с опытом работы пять и более лет (n = 10) и ординаторы (n = 28). Результаты обучения оценивались по времени вмешательства, количеству попыток пункции до первой попытки без осложнений, количеству осложнений, связанных с повреждением критических анатомических структур. Валидность оценивалась с помощью шкалы Лайкерта.Результаты. До обучения группы различались по времени, затраченному на вмешательство, количеству попыток пункции и количеству осложнений, связанных с повреждением критических анатомических структур. После обучения время вмешательства сократилось на 50% в обеих группах, количество попыток пункции уменьшилось на 50,0% у врачей и на 60,3% у ординаторов. Общее число осложнений снизилось на 57,8% у врачей и на 59% у ординаторов. Анализ шкалы Лайкерта не выявил статистически значимых различий между группами по всем параметрам. Осуществимость и образовательная эффективность модели были оценены на 4 или 5 баллов 90% участников в обеих группах. Анатомическая реалистичность получила оценку 4 или 5 у 90% врачей и 100% ординаторов. Рентгенографический реализм получил оценку 4 или 5 от всех участников. Стоимость создания симулятора, не учитывая стоимость 3D-принтера, составила 22 685 рублей.Заключение. Разработанная 3D-симуляционная модель с интеграцией искусственного интеллекта значительно улучшила результаты обучения как в группе врачей, так и в группе ординаторов. Использование стандартного оборудования для прототипирования представляет собой экономически эффективную, безрадиационную альтернативу для широкого внедрения в нейрохирургическое образование.