Virtual reality (VR) for surgical training shows promise in preparing surgeons for complex procedures. However, achieving a high level of realism in VR is essential for the skills acquired to translate effectively into real-world applications. One challenge is the underestimation of perceived depth in VR compared to the real world, which can significantly impact applications requiring precise depth perception. This study aims to investigate how object shape influences depth perception in VR, as it may contribute to the observed underestimation of distances. Specifically, the research focuses on minimally invasive neurosurgery (MIS), where surgeons operate through small incisions on the skull without direct visualization of the inside of the skull. Training in a highly accurate VR simulation could offer a safe practice environment for surgeons. Previous studies have explored the use of VR for training in various fields, including medicine, transport, and military applications. However, concerns exist regarding whether VR accurately represents real-life scenarios, particularly with regard to depth perception. Research indicates that participants often underestimate egocentric distances in VR, which can pose challenges in MIS procedures where precise targeting is crucial. This study builds upon previous research conducted by KTH master’s students in 2022, which examined spatio-temporal distance perception in VR. This study expands on this work by investigating the influence of object shape on depth perception. Previous research has shown that different object shapes, luminance, and colors can impact depth perception in VR. Understanding how object shape affects depth perception can contribute to improving the realism of VR simulations for surgical training, particularly for MIS procedures. / Virtual Reality (VR) i utbildningssyfte inom kirurgi visar lovande resultat för att utbilda kirurger inför komplexa ingrepp. Dock är det viktigt att uppnå en hög grad av realism i VR för att de förvärvade färdigheterna ska kunna överföras till verkliga tillämpningar. En utmaning är att tidigare studier visat på att VR har en negativ inverkan på djupseendet, vilket kan ha en betydande påverkan på tillämpningar som kräver exakt djupseende. Denna studie syftar till att undersöka hur ett objekts form påverkar djupseendet i VR. Specifikt fokuserar vår studie på minimalinvasiv hjärnkirurgi (MIS), där kirurger utför ingrepp genom små snitt som görs i skallen med begränsad insyn. Träning i en VR-simulering kan erbjuda en säker övningsmiljö för kirurger. Tidigare studier har utforskat användningen av VR för träning inom olika områden, inklusive medicin, transport och militära tillämpningar. Dock finns det en oro för huruvida VR korrekt återger verkliga scenarion, särskilt med avseende på djupseendet. Forskning indikerar att deltagare ofta underskattar egocentriska avstånd i VR, vilket kan utgöra en utmaning för MIS-ingrepp där små avstånd är avgörande. Denna studie bygger på tidigare forskning utförd av masterstudenter vid KTH 2022, vilken undersökte uppfattningen av rumtid i VR. Denna studie bygger vidare på denna forskning genom att undersöka hur objektets form påverkar djupseendet. Tidigare forskning har visat att olika objektformer, ljusstyrkor och färger kan påverka djupseendet i VR. Att förstå hur objektets form påverkar djupseendet kan bidra till att förbättra realismen i VR-simuleringar för kirurgisk träning, särskilt för MIS-ingrepp.

Frameless neuronavigational systems are a recent novelty for a precise approach to intracerebral tumours in open surgery. In this study 66 patients with a variety of intracranial tumours in various locations underwent surgical resection with neuronavigational guidance. Two different neuronavigational systems – the arm- and pointer-based ISG viewing wand and the miroscope-based MKM system – were compared for four different indications. Neuronavigation was used (a) in multiple tumours, e. g. brain metastases, (b) in solitary cortical or subcortical tumours located in eloquent brain areas, e. g. motor cortex or speech region, (c) in deep-situated brain tumours, including brain stem neoplasms, and (d) in infiltratively growing tumours to define the borders of the lesion. Using taped skin markers (MKM system) and a surface-fit algorithm (viewing wand) for registration, an accuracy of 1 to 2 mm deviation was achieved, which was sufficient for removal of all of the intracranial neoplasms investigated. Both systems proved to be safe and useful surgical tools regardless of the patient`s age, positioning of the patient during surgery or the location of the lesion. When these two systems were compared, the viewing wand was found to be preferable for resection of multiple brain tumours located in distant operative sides and solitary tumours in eloquent brain areas; this was because of the wide range of movement of the pointing device and the possibility of 3D reconstruction of the brain surface. As the MKM system provided the option of stereotactical guidance during the operative procedure, it was found to be superior in approaching small and deep-situated lesions. In certain cases brain shifting due to early drainage of the CSF led to minor underestimation of the real depth. For the precise definement of tumour borders of intraparenchymal neoplasms both system were equally suitable. However, intrusion of brain parenchyma into the resection cavity led to minor overestimation of the real tumour size in certain large intraparenchymal tumours. / Rahmenfreie Neuronavigationssysteme stellen eine Neuerung in der offenen operativen Behandlung intrazerebraler Tumoren dar. In dieser Studie wurden 66 Patienten mit verschiedenen intrakraniellen Tumoren in unterschiedlichen Lokalisationen mit Hilfe der Neuronavigation operiert. Hierbei wurden zwei verschiedene Navigationssysteme – ein Arm- und Pointer-basierendes System (ISG Viewing Wand) und ein Mikroskop-basierendes System (MKM) – für vier verschiedene Indikationen miteinander verglichen. Die Neuronavigation wurde verwendet (a) bei multiplen Tumoren, wie z.B. Hirnmetastasen, (b) bei solitären kortikalen oder subkortikalen Prozessen in eloquenten Hirnarealen, wie z.B. Motorkortex oder Sprachregion, (c) bei tiefgelegenen Hirntumoren einschließlich Hirnstammtumoren und (d) bei infiltrativ wachsenden Tumoren zur Bestimmung der Tumorgrenzen. Die Verwendung von Hautklebemarkern (MKM-System) und eines Oberflächen-Anpassungsalgorithmus (Viewing Wand) zur Registrierung war mit einer Genauigkeit von 1 bis 2 mm Abweichung für die operative Entfernung aller intrakraniellen Tumoren ausreichend. Beide Systeme bestätigten sich als sichere und geeignete chirurgische Hilfsmittel unabhängig vom Alter der Patienten, der Lagerung des Patienten unter dem chirurgischen Eingriff und der Lokalisation der Raumforderung. Im Systemvergleich zeigte die Viewing Wand durch einen weiten Bewegungsraum des Pointers und der Möglichkeit einer dreidimensionalen Rekonstruktion der Hirnoberfläche Vorteile in der Entfernung von multiplen, in entfernten Hirnregionen gelegenen Tumoren sowie von solitären Prozessen in eloquenter Lokalisation. Das MKM-System war durch die Bereitstellung einer stereotaktischen Führung während des operativen Eingriffes in der Ansteuerung kleiner tiefgelegener Prozesse zu bevorzugen. Eine frühzeitige Liquordrainage führte zu einem brain shifting mit einer diskreten Unterschätzung der wirklichen Tiefe. Für eine genaue Festlegung der Tumorgrenzen von intraparenchymalen Tumoren waren beide Systeme vergleichbar geeignet. Das Relabieren von Hirngewebe in die Resektionshöhle führte jedoch in einigen Fällen von großen intraparenchymalen Tumoren bei beiden Systemen zu einer geringen Überschätzung der wirklichen Tumorgrenzen. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Frameless neuronavigational systems are a recent novelty for a precise approach to intracerebral tumours in open surgery. In this study 66 patients with a variety of intracranial tumours in various locations underwent surgical resection with neuronavigational guidance. Two different neuronavigational systems – the arm- and pointer-based ISG viewing wand and the miroscope-based MKM system – were compared for four different indications. Neuronavigation was used (a) in multiple tumours, e. g. brain metastases, (b) in solitary cortical or subcortical tumours located in eloquent brain areas, e. g. motor cortex or speech region, (c) in deep-situated brain tumours, including brain stem neoplasms, and (d) in infiltratively growing tumours to define the borders of the lesion. Using taped skin markers (MKM system) and a surface-fit algorithm (viewing wand) for registration, an accuracy of 1 to 2 mm deviation was achieved, which was sufficient for removal of all of the intracranial neoplasms investigated. Both systems proved to be safe and useful surgical tools regardless of the patient`s age, positioning of the patient during surgery or the location of the lesion. When these two systems were compared, the viewing wand was found to be preferable for resection of multiple brain tumours located in distant operative sides and solitary tumours in eloquent brain areas; this was because of the wide range of movement of the pointing device and the possibility of 3D reconstruction of the brain surface. As the MKM system provided the option of stereotactical guidance during the operative procedure, it was found to be superior in approaching small and deep-situated lesions. In certain cases brain shifting due to early drainage of the CSF led to minor underestimation of the real depth. For the precise definement of tumour borders of intraparenchymal neoplasms both system were equally suitable. However, intrusion of brain parenchyma into the resection cavity led to minor overestimation of the real tumour size in certain large intraparenchymal tumours. / Rahmenfreie Neuronavigationssysteme stellen eine Neuerung in der offenen operativen Behandlung intrazerebraler Tumoren dar. In dieser Studie wurden 66 Patienten mit verschiedenen intrakraniellen Tumoren in unterschiedlichen Lokalisationen mit Hilfe der Neuronavigation operiert. Hierbei wurden zwei verschiedene Navigationssysteme – ein Arm- und Pointer-basierendes System (ISG Viewing Wand) und ein Mikroskop-basierendes System (MKM) – für vier verschiedene Indikationen miteinander verglichen. Die Neuronavigation wurde verwendet (a) bei multiplen Tumoren, wie z.B. Hirnmetastasen, (b) bei solitären kortikalen oder subkortikalen Prozessen in eloquenten Hirnarealen, wie z.B. Motorkortex oder Sprachregion, (c) bei tiefgelegenen Hirntumoren einschließlich Hirnstammtumoren und (d) bei infiltrativ wachsenden Tumoren zur Bestimmung der Tumorgrenzen. Die Verwendung von Hautklebemarkern (MKM-System) und eines Oberflächen-Anpassungsalgorithmus (Viewing Wand) zur Registrierung war mit einer Genauigkeit von 1 bis 2 mm Abweichung für die operative Entfernung aller intrakraniellen Tumoren ausreichend. Beide Systeme bestätigten sich als sichere und geeignete chirurgische Hilfsmittel unabhängig vom Alter der Patienten, der Lagerung des Patienten unter dem chirurgischen Eingriff und der Lokalisation der Raumforderung. Im Systemvergleich zeigte die Viewing Wand durch einen weiten Bewegungsraum des Pointers und der Möglichkeit einer dreidimensionalen Rekonstruktion der Hirnoberfläche Vorteile in der Entfernung von multiplen, in entfernten Hirnregionen gelegenen Tumoren sowie von solitären Prozessen in eloquenter Lokalisation. Das MKM-System war durch die Bereitstellung einer stereotaktischen Führung während des operativen Eingriffes in der Ansteuerung kleiner tiefgelegener Prozesse zu bevorzugen. Eine frühzeitige Liquordrainage führte zu einem brain shifting mit einer diskreten Unterschätzung der wirklichen Tiefe. Für eine genaue Festlegung der Tumorgrenzen von intraparenchymalen Tumoren waren beide Systeme vergleichbar geeignet. Das Relabieren von Hirngewebe in die Resektionshöhle führte jedoch in einigen Fällen von großen intraparenchymalen Tumoren bei beiden Systemen zu einer geringen Überschätzung der wirklichen Tumorgrenzen. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.