Historically, the education of surgical navigation in minimally invasive neurosurgery has been constrained by several factors. Medical students have been required to physically be in the operating room to observe a teacher perform the different procedures. This restricts their opportunities to gain valuable hands-on experience in their field. An extended reality simulation system that employs auditory feedback in the form of sonification could be used to provide an inexpensive alternative to this traditional approach. Such a system would allow medical students to get practical experience with valuable insights during their initial years of training without requiring access to the operating room. In order to perform a first evaluation of the impact of sonification on neurosurgical learning using extended reality simulations, a prototype of a surgical simulation tool with six possible sonifications was implemented for the task of aligning a catheter against a target angle. The sonification types studied were spatial, psychoacoustic and direct parameter-mapping, each of which encoded the component angles either in parallel or sequentially. The sonifications were evaluated against each other and the baseline condition in a comparative mixed-design user study measuring the participants efficacy as accuracy, precision, time-to-completion and perceived workload for an assisted neurosurgical simulation task. Participants were found to be significantly slower when using the psychoacoustic sonification as compared to using no aid. Both the spatial and direct sonification showed non-significant tendencies to be slower than the baseline condition. Whilst no significant difference was found between the sonifications, the participants tended to have higher efficacy when using the spatial and direct sonifications, than with the psychoacoustic sonification. Hence these sonifications show the most promise as possible candidates for an auditory feedback system in an extended reality simulator for surgical navigation. However, further evaluation is needed to conclude the full effect of the direct and spatial sonifications on the students’ efficacy. / Utbildningen av kirurgisk navigation för minimalinvasiva neurokirurgiska operationer har historiskt begränsats av flera anledningar. För att kunna lära sig, så har läkarstudenter behövt fysiskt närvara i operationssalen för att observera en lärare genomföra olika operationer. Det har begränsat studenternas möjlighet att få viktig praktisk erfarenhet inom sitt fält. Som ett alternativ till traditionella metoder skulle ett simulationssystem baserat på extended reality (utökat verklighet) och som använder auditiv återkoppling i form av sonifikation kunna användas. Ett sådant system skulle kunna ge läkarstudenter möjligheten att träna praktiskt utanför operationssalen samtidigt som de kan få direkt återkoppling under operationens gång. För att genomföra en första utvärdering av sonifikations påverkan på inlärningen av neurokirurgi när simulationer baserad på extended reality används, så utvecklades en prototyp av en kirurgisk simulator med sex möjliga sonifikationer för uppgiften att positionera en kateter så att den är vinklad i en given riktning. Sonifikationerna byggde på parametrisk mappning baserad på spatiala, psykoakustiska eller direkta metoder. För vardera av de tre metoderna kunde komponent vinklarna antingen kommuniceras parallellt eller sekventiellt. Prototyperna utvärderades mot varandra och basfallet då ingen hjälp användes. Utvärderingen genomfördes som en användarstudie av mixed design (blandad design). Användarnas effektivitet mättes som noggrannhet, precision, använd tid och upplevd arbetsbörda. Deltagarna var signifikant långsammare än basfallet när den psykoakustiska sonifikationen användes. Både den spatiala och direkta sonifikation påvisade en likartad, men icke-signifikanta tendens att va långsammare än basfallet. Medans ingen signifikant skillnad upptäcktes mellan sonifikationerna, så tenderade deltagarna att va mer effektiva när de använde den spatiala och direkta sonifikationerna, i jämförelse med när de använde den psykoakustiska sonifikationen. Därmed verkar dessa två metoder för sonifikation vara de mest lovande kandidater för ett auditivt återkopplingssystem i en extended reality simulator för kirurgisk navigation. Dock behövs vidare utvärdering för att finna en slutsats om spatiala och direkta sonifikationers fulla påverkan på läkarstudenternas effektivitet.

Virtual Reality (VR) is a creative tool that enables immersive learning, planning and training of surgical operations. Extensive research has been conducted in multiple surgical specialities where VR has been utilized, such as spinal neurosurgery. However, cranial neurosurgery remains relatively unexplored in this regard. The thesis project presented here explores the impact of adopting VR, using a headset and controllers, to study the cranial neurosurgical procedure of External Ventricular Drainage (EVD). In this study, pre-recorded Motion Captured (MoCap) data of an EVD procedure is visualised on a desktop monitor as well as through a VR headset. Participants were tasked with identifying and marking one key moment in the recordings. Both objective and subjective metrics were recorded, such as completion time, accuracy, precision, the usage of different interaction controls as well as through the use of a questionnaire. The comparison is done on an objective and subjective scale, analysing user performance and User Experience (UX). The results from the experiment showed that the task was completed on average twice as fast in VR compared to desktop. However, desktop showed more promise in having higher accuracy and precision. Subjective feedback showed a slightly higher preference towards the VR environment concerning system usability. However, the settings were equally comparable in terms of task load. Furthermore, a guidance laser introduced to help with depth perception showed no increase in user performance. In conclusion, VR displays promise as an alternative tool to be used for planning and educational purposes in cranial surgery. Potential future developments could focus on the increased precision in interactive in VR, with the aid of haptic feedback, minor adjustments and scalability. / Virtuell verklighet (VR) är ett kreativt verktyg som möjliggör ett fördjupat lärande, planering och träning av kirurgiska operationer. Omfattande forskning av VR har utförts inom kirurgiska specialiseringar, såsom spinal neurokirurgi. Den kraniala neurokirurgin är dock relativt outforskad i detta avseende. I det här examensarbetet undersöks effekten av att applicera VR för att kunna studera det kraniala neurokirurgiska ingreppet kallat Externt Ventrikulärt Dränage (EVD). I denna studie visualiserades förinspelad Motion Captured (MoCap) data från en EVD-procedur på en stationär bildskärm såväl som genom ett VR-headset. Deltagarna fick i uppdrag att identifiera och markera ett nyckelmoment i inspelningarna. Både objektiva och subjektiva mått registrerades, såsom slutförandetid, noggrannhet, precision, användningen av olika interaktionskontroller samt genom användning av ett frågeformulär. Jämförelsen gjordes på en objektiv och subjektiv skala, med en analys av användarprestanda (UP) och användarupplevelse (UX). Resultaten från experimentet visade att uppgiften genomfördes i genomsnitt dubbelt så snabbt i VR. Dock visade uppsättningen med vanlig bildskärm mer lovande i form av att vara mer exakt i markörplacering och identifiering av bildrutorna. Användarenkäten visade en något högre preferens för VR-miljön vad gäller system-användbarhet. Miljöerna var dock lika jämförbara när det gäller uppgiftsbelastning. Dessutom visade en styrlaser ingen ökning av UP, fastän den introducerades för att hjälpa till med djupsyn. Sammanfattningsvis visade VR lovande resultat för att kunna användas som ett alternativt verktyg för planering och utbildningsändamål inom kranialkirurgi. Potentiell framtida utveckling kan fokusera på ökad precisionen av svårhanterlighet i VR, med hjälp av haptisk vibration, justeringar för precision och skalbarhet. Dessutom kan det undersökas hur de två systemen jämförs när båda optimeras efter och drar nytta av sina egna styrkor.