Suite of finite element algorithms for accurate computation of soft tissue deformation for surgical simulation.
Suite of finite element algorithms for accurate computation of soft tissue deformation for surgical simulation.
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DOI：
10.1016/j.media.2008.12.001
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发表时间：
2009-12
影响因子：
10.9
通讯作者：
Miller, Karol
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Joldes, Grand Roman;Wittek, Adam;Miller, Karol
关键词：
软组织变形的真实的实时计算对于增强现实设备的使用以及对于在手术或外科医生培训期间提供触觉反馈是重要的。这就需要快速、准确并且能够处理材料非线性和大变形的算法。本文提出了一套这样的算法，从有限元公式和使用的集成方案，并解决常见的问题，如沙漏控制和锁定。计算实例表明，利用这些算法，在不牺牲计算结果精度的情况下，可以进行真实的实时计算。对于具有超过7000个自由度的大脑模型，我们使用标准双核PC计算了由于频率约为1000 Hz的压痕引起的反作用力。同样，我们在不到一分钟的时间内使用具有超过50，000个自由度的模型进行了大脑转移的模拟。我们的模型的速度效益的结果结合总拉格朗日公式与显式时间积分和低阶有限元。
Real time computation of soft tissue deformation is important for the use of augmented reality devices and for providing haptic feedback during operation or surgeon training. This requires algorithms that are fast, accurate and can handle material nonlinearities and large deformations. A set of such algorithms is presented in this paper, starting with the finite element formulation and the integration scheme used and addressing common problems such as hourglass control and locking. The computation examples presented prove that by using these algorithms, real time computations become possible without sacrificing the accuracy of the results. For a brain model having more than 7000 degrees of freedom, we computed the reaction forces due to indentation with frequency of around 1000 Hz using a standard dual core PC. Similarly, we conducted simulation of brain shift using a model with more than 50 000 degrees of freedom in less than a minute. The speed benefits of our models results from combining the Total Lagrangian formulation with explicit time integration and low order finite elements.
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影响因子：
1.7
作者：
BELYTSCHKO, T
通讯作者：
BELYTSCHKO, T
影响因子：
4.1
作者：
Hu, Jingwen;Jin, Xin;King, Albert I.
通讯作者：
King, Albert I.
影响因子：
2.4
作者：
Miller, K;Chinzei, K;Bednarz, P
通讯作者：
Bednarz, P
影响因子：
2.4
作者：
Couteau, B;Payan, Y;Lavallée, S
通讯作者：
Lavallée, S
DOI：
10.1002/nme.1620170504
发表时间：
1981-01-01
影响因子：
2.9
作者：
FLANAGAN, DP;BELYTSCHKO, T
通讯作者：
BELYTSCHKO, T