Fully Immersive Virtual Reality for Skull-base Surgery: Surgical Training and Beyond

要約

目的: 外科医が仮想解剖学的構造上で処置を練習できる仮想現実 (VR) システムは、拡張可能で費用対効果の高い、死体訓練に代わる代替手段です。
完全にデジタル化された仮想手術は、実際には収集することが難しい測定値を使用して外科医のスキルを評価するためにも使用できます。
そこで、我々は、手術シミュレーション ソフトウェアと忠実度の高いハードウェア セットアップを組み合わせた、頭蓋底手術用の完全没入型仮想現実システム (FIVRS) を紹介します。
方法: FIVRS を使用すると、外科医は VR 環境内で通常の臨床ワークフローに従うことができます。
FIVRS は、高度なレンダリング デザインと穴あけアルゴリズムを使用して、現実的な骨切除を実現します。
手術顕微鏡と同様の人間工学に基づいたヘッドマウントディスプレイを採用し、没入感を高めています。
視線、動き、力、手術のビデオなど、広範なマルチモーダル データが事後分析のために記録されます。
ユーザーフレンドリーなインターフェイスは、FIVRS の使用方法の習得を容易にするように設計されています。
結果: さまざまなレベルの専門知識を持つ外科医が参加したユーザー調査の結果を示します。
FIVRS によって記録された予備データは、さまざまなレベルの専門知識を持つ参加者を区別し、自動スキル評価に関する将来の研究を約束します。
さらに、システムの直観性と没入感についての研究参加者からの非公式なフィードバックは肯定的でした。
結論: 頭蓋底手術用の完全没入型 VR システムである FIVRS を紹介します。
FIVRS は、リアリズムを向上させるために、最新のハードウェアと組み合わせたリアルなソフトウェア シミュレーションを備えています。
このシステムは完全にオープンソースであり、機能豊富なデータを業界標準形式で提供します。

要約(オリジナル)

Purpose: A virtual reality (VR) system, where surgeons can practice procedures on virtual anatomies, is a scalable and cost-effective alternative to cadaveric training. The fully digitized virtual surgeries can also be used to assess the surgeon’s skills using measurements that are otherwise hard to collect in reality. Thus, we present the Fully Immersive Virtual Reality System (FIVRS) for skull-base surgery, which combines surgical simulation software with a high-fidelity hardware setup. Methods: FIVRS allows surgeons to follow normal clinical workflows inside the VR environment. FIVRS uses advanced rendering designs and drilling algorithms for realistic bone ablation. A head-mounted display with ergonomics similar to that of surgical microscopes is used to improve immersiveness. Extensive multi-modal data is recorded for post-analysis, including eye gaze, motion, force, and video of the surgery. A user-friendly interface is also designed to ease the learning curve of using FIVRS. Results: We present results from a user study involving surgeons with various levels of expertise. The preliminary data recorded by FIVRS differentiates between participants with different levels of expertise, promising future research on automatic skill assessment. Furthermore, informal feedback from the study participants about the system’s intuitiveness and immersiveness was positive. Conclusion: We present FIVRS, a fully immersive VR system for skull-base surgery. FIVRS features a realistic software simulation coupled with modern hardware for improved realism. The system is completely open-source and provides feature-rich data in an industry-standard format.

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