Вариантная анатомия трехмерных моделей плечевого сплетения в условиях дополненной и виртуальной реальности

Современные принципы хирургического восстановления поврежденных нервов при травмах плечевого сплетения требуют индивидуального и высококачественного хирургического планирования, основанного на анатомии конкретного пациента, а также точной навигации во время операции. Цель исследования – выявить соответствие вариантов строения плечевого сплетения на препаратах и трехмерных моделях для использования их в условиях дополненной и виртуальной реальности

Материал и методы. Созданы 44 трехмерные цифровые и полимерные модели правых плечевых сплетений от 22 трупов мужчин и женщин в возрасте 39–89 лет. Точность реконструкции проверили с помощью определения варианта строения плечевого сплетения у препаратов и трехмерных моделей.

Результаты и их обсуждение. Созданные трехмерные цифровые и полимерные модели точно отражают варианты строения препаратов плечевого сплетения, но неодинаково ‒ при наличии или отсутствии эпиневрия. На эпиневральном уровне обнаружено семь вариантов строения препаратов и трехмерных моделей плечевого сплетения, а на периневральном – четыре. Выявленные варианты отличаются количеством спинно-мозговых нервов, особенностями строения разделений среднего и нижнего стволов. Все трехмерные цифровые модели плечевого сплетения переведены в формат STL и с помощью AR-очков спроецированы на поверхность тела человека в дополненной, а на разную глубину цифрового двойника – в виртуальной реальности.

Заключение. Созданная база из 44 трехмерных цифровых и полимерных моделей семи и четырех вариантов строения плечевого сплетения на эпиневральном и периневральном уровнях соответственно, проецирование их на конкретного пациента или цифрового двойника позволяют выполнять операции в условиях дополненной и виртуальной реальности.

1. Moldovanu C.G. Virtual and augmented reality systems and three-dimensional printing of the renal modeldnovel trends to guide preoperative planning for renal cancer. Asian J. Urol. 2024;11(4);521–529. doi: 10.1016/j.ajur.2023.10.004

2. Boul-Atarass I.L., Franco C.C., Sierra J.D.S., Monsalve J.C., Ruiz J.P. Virtual 3D models, augmented reality systems and virtual laparoscopic simulations in complicated pancreatic surgeries: state of art, future perspectives, and challenges. Int. J. Surg. 2025;111(3):2613–2623. doi: 10.1097/JS9.0000000000002231

3. Sullivan J., Skladman R., Varagur K. Tenenbaum E., Sacks J.L., Martin C., Gordon T., MurphyJ., Moritz W.R., Sacks J.M. from augmented to virtual reality in plastic surgery: blazing the trail to a new frontier. J. Reconstr. Microsurg. 2024;40(5):398–406. doi: 10.1055/ a-2199-3870

4. Barcali E., Iadanza E., Manetti L., Francia P., Nardi C., Bocchi L. Augmented reality in surgery: a scoping review. Appl. Sci. 2022;12(14):6890. doi: 10.3390/app12146890

5. Ock J., Moon S., Kim M., Ko B.S., Kim N. Evaluation of the accuracy of an augmented reality-based tumor-targeting guide for breast-conserving surgery. Comput. Methods Programs Biomed. 2024;245:108002. doi: 10.1016/j.cmpb.2023.108002

6. Naito K., Ohana M., Lequint T., Facca S., Liverneaux Ph. Brachial Plexus. In: Telemicrosurgery: robot assisted microsurgery. Paris: Springer, 2012. P. 123–136. doi: 10.1007/978-2-8178-0391-3

7. Gilcrease-Garcia B.M., Deshmukh S.D., Parsons M.S. Anatomy, imaging, and pathologic conditions of the brachial plexus. RadioGraphics. 2020;40(6):1686– 1714. doi: 10.1148/rg.2020200012

8. Gesslbauer B., Hruby L.A., Roche A.D., Farina D., Blumer R., Aszmann O.C. Axonal components of nerves innervating the human arm. Ann. Neurol. 2017;82(3):396–408. doi: 10.1002/ana.25018

9. Davidson E.J., Tan E.T., Pedrick E.G., Sneag D.B. Brachial plexus magnetic resonance neurography technical challenges and solutions. Invest. Radiol. 2023;58(1):14–27. doi: 10.1097/RLI.0000000000000906

10. Riedel P., Riesner M., Wendt K., Assmann U. Data-Driven Digital Twins in Surgery utilizing Augmented Reality and Machine Learning: proc. conf., 2022 IEEE International Conference on Communications Workshops (ICC Workshops), IEEE; 2022. P. 580–585. doi: 10.1109/ICCWorkshops53468.2022.9814537

11. Shekouhi R., Chim H. Patient demographics, tumor characteristics, and outcomes following surgical treatment of benign and malignant brachial plexus tumors: a systematic review. Int. J. Surg. 2023;109(4):972– 981. doi: 10.1097/JS9.0000000000000309

12. Zhao X., Zhao H., Zheng W., Gohritz A., Shen Y., Xu W. Clinical evaluation of augmented reality-based 3D navigation system for brachial plexus tumor surgery. World J. Surg. Oncol. 2024;22(1):20. doi: 10.1186/s12957-023-03288-z

13. Zhang Y., Li X., Liu Y., Sun Y., Duan L., Zhang Y., Shi R., Yu X., Peng Zh. 3D SHINKEI MR neurography in evaluation of traumatic brachial plexus. Sci. Rep. 2024;14(1):6268. doi: 10.1038/s41598-024-57022-0

14. Chaker S.C., Reddy A.P., King D., Manzanera E.I.V. Thayer W.P. Diffusion tensor imaging techniques and applications for peripheral nerve injury. Ann. Plast. Surg. 2024;93(3S):S113–S115. doi: 10.1097/SAP.0000000000004055

15. Colucci P.G., Gao M.A., Tan E.T., Queler S., Belanger M., Tsai J., Carrino J.A., Sneag D.B. Development of an interactive ultra-high resolution magnetic resonance neurography atlas of the brachial plexus and upper extremity peripheral nerves. Clin. Imaging. 2025;119:110400. doi: 10.1016/j.clinimag.2024.110400

16. van Hoof T., Gomes G.T., Audenaert E., Verstraete K., Kerckaert I., D’herde K. 3D computerized model for measuring strain and displacement of the brachial plexus following placement of reverse shoulder prosthesis. Anat. Rec. (Hoboken). 2008;291(9):1173– 1185. doi: 10.1002/ar.20735

17. van de Velde J., Bogaert S., Vandemaele P., Huysse W., Achten E., Leijnse J. De Neve W., van Hoof T. Brachial plexus 3D reconstruction from MRI with dissection validation: a baseline study for clinical applications. Surg. Radiol. Anat. 2016;38:229–236. doi: 10.1007/s00276-015-1549-x

18. Perruisseau-Carrier A., Bahlouli N., Bierry G., Vernet P., Facca S., Liverneaux P. Comparison between isotropic linear-elastic law and isotropic hyperelastic law in the finite element modeling of the brachial plexus. Ann. Chirurg. Plast. Esthét. 2017;62(6):664–668. doi: 10.1016/j.anplas.2017.03.002

19. Wake N., Lin Y., Ek Tan T., Sneag D.B., Ianucci S., Fung M. 3D printing of the brachial plexus and its osseous landmarks using magnetic resonance neurography for thoracic outlet syndrome evaluation. J. 3D Print. Med. 2024;10(1):36. doi: 10.1186/s41205-024-00239-6

20. Rosen J.M., Hong J., Klaudt-Moreau J., Podsednik A., Hentz V.R. Frontiers of brachial plexus injury: future revolutions in the field. In: Brachial Plexus Injury – New Techniques and Ideas. London, 2022. P. 145–163. doi: 10.5772/intechopen.99209

21. Горбунов Н.С., Кобер К.В., Каспаров Э.В., Ростовцев С.И. Вариантная анатомия и коды плечевого сплетения человека. Казан. мед. ж. 2023;104(1):62–71. doi: 10.17816/KMJ106979

22. Reina M.A., Boezaart A.P., Tubbs R.S., Zasimovich Y., Fernández-Domínguez M., Fernández P., Sala-Blanch X. Another (internal) epineurium: beyond the anatomical barriers of nerves. Clin. Anat. 2020: 33(2):199–206. doi: 10.1002/ca.23442

23. Leijnse J.N., Bakker B.S., D’Herde K. The brachial plexus – explaining its morphology and variability by a generic developmental model. J. Anat. 2020;236(5):862–882. doi: 10.1111/joa.13123

24. Qin B., Fu G., Yang J., Wang Y., Zhu Q., Liu X., Zhu J., Gu L. Microanatomy of the Separable Length of the C7. J. Reconstr. Microsurg. 2016;32(2):109–113. doi: 10.1055/s-0035-1563380.