GPU haptic simulation of soft tissues deformation for spinal surgery training simulator

脊柱手术训练模拟器软组织变形的 GPU 触觉模拟

基本信息

  • 批准号:
    486407-2015
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Engage Grants Program
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2015-01-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

OSSim Technologies (hereinafter named OSSim), as a private Canadian technology company, positions itself as a pioneer and leader in Virtual Reality (VR)-based open orthopaedic surgeries designed for the training of medical students and orthopaedic residents. Its first product, Sim-K simulator enables simulation training for the total knee replacement procedure. OSSim is currently developing a VR training simulator for complex open surgeries of the spine which requires a new real-time physics-based simulation technique for deformable soft tissues. The motivation of this research is the growing need for robust soft tissues modelling capabilities in complex interactive surgical simulation and time critical applications. Finite elements (FE) modeling, as an accurate continuum mechanics based methodology, will be adopted in order to realistically model the behaviour of the spinal cord, nerve roots, and intervertebral disks combined with the most recent Graphical Process Unit (GPU) technology implementation in order to achieve high frequency update rate that is necessary for haptic rendering. Areas of surgical real-time simulation including soft tissues deformation, contact modelling and cutting, rely on GPU implementations to significantly improve computational times. The choice of this integration scheme combining FE modelling technique and GPU computational approach will offer the best trade-off between robustness, stability, and computing time. As for the spinal surgery simulator, haptic devices will be incorporated for an immersive experience with tactile, visual and audio feedback. Incorporation of haptics within GPU-based soft tissues models will impose an additional computational cost and challenge, given that the force feedback in a realistic haptic simulation requires frequencies higher than 300Hz, versus the 30-60 Hz used in graphics. However, such a real-time soft tissue platform would allow residents to train on a realistic environment. OSSim will exploit the research results in Montreal and successful outcomes from the GPU-based models implementation will allow development of highly realistic medical training simulators and creation of highly qualified jobs in engineering, quality, manufacturing, sales and marketing.
OSSim Technologies(以下简称OSSim)是一家加拿大私营技术公司, 作为基于虚拟现实(VR)的开放骨科手术的先驱和领导者,旨在培训 医学院学生和骨科住院医生。其第一款产品Sim-K模拟器可实现以下方面的模拟培训: 全膝关节置换手术OSSim目前正在开发一个VR训练模拟器, 脊柱外科手术,这需要一种新的实时基于物理的模拟技术, 组织中这项研究的动机是对强大的软组织建模能力的需求日益增长, 复杂的交互式手术模拟和时间关键型应用。有限元(FE)建模,作为 精确的连续介质力学为基础的方法,将采用,以现实的模型, 脊髓、神经根和椎间盘的行为,结合最新的图示 处理单元(GPU)技术的实现,以实现高频率的更新率,这是必要的 用于触觉呈现。手术实时仿真领域,包括软组织变形、接触 建模和切割,依赖于GPU实现,以显着提高计算时间。选择 这种结合有限元建模技术和GPU计算方法的集成方案将提供 鲁棒性、稳定性和计算时间之间的最佳折衷。至于脊柱手术模拟器,触觉 设备将被纳入一个身临其境的体验与触觉,视觉和听觉反馈。掺入 在基于GPU的软组织模型内的触觉将强加额外的计算成本和挑战, 考虑到现实触觉模拟中的力反馈需要高于300 Hz的频率, 30-60 Hz用于图形。然而,这样一个实时的软组织平台将允许居民在 现实环境。OSSim将利用蒙特利尔的研究成果和 基于GPU的模型实现将允许开发高度逼真的医疗培训模拟器, 在工程、质量、制造、销售和营销方面创造高素质的工作岗位。

项目成果

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Ozell, Benoit其他文献

Fast convolution-superposition dose calculation on graphics hardware
  • DOI:
    10.1118/1.3120286
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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A convolution-superposition dose calculation engine for GPUs
  • DOI:
    10.1118/1.3301618
  • 发表时间:
    2010-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Despres, Philippe
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  • DOI:
    10.1118/1.3539725
  • 发表时间:
    2011-02-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Hissoiny, Sami;Ozell, Benoit;Despres, Philippe
  • 通讯作者:
    Despres, Philippe

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Environnement d'analyse et de communication des résultats numériques en visualisation scientifique
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    2019
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Simulations de neurochirurgie en temps réel sur GPU avec retour haptique pour le clippage d'anévrisme et la résection d'une tumeur cérébrale et/ou dans la moelle épinière
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  • 批准号:
    501444-2016
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 1.82万
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  • 批准号:
    501444-2016
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 1.82万
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  • 批准号:
    501444-2016
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
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  • 批准号:
    507671-2016
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Engage Grants Program
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科学可视化数字结果的分析和交流环境
  • 批准号:
    227818-2013
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Environnement d'analyse et de communication des résultats numériques en visualisation scientifique
科学可视化数字结果的分析和交流环境
  • 批准号:
    227818-2013
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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  • 批准号:
    227818-2013
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 1.82万
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    Discovery Grants Program - Individual
Synthèse d'images réalistes pour la modélisation graphique des flammes de la fumée et d'autres phénomènes physiques
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    227818-2006
  • 财政年份:
    2012
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
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  • 批准号:
    227818-2006
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual

相似国自然基金

基于Haptic的盲人空间认知及其在路径诱导过程中的应用模式研究
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    2118380
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    2021
  • 资助金额:
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    Continuing Grant
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    10383492
  • 财政年份:
    2021
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  • 批准号:
    10454303
  • 财政年份:
    2021
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    $ 1.82万
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  • 批准号:
    10265456
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
A Virtual Coach to Enhance Surgical Training using Human-Centric Modeling and Adaptive Haptic Guidance
使用以人为本的建模和自适应触觉指导来增强手术训练的虚拟教练
  • 批准号:
    10491714
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
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  • 批准号:
    10037429
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.82万
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Immersive Modular Preparedness Intelligent Tutoring (IMPRINT)
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  • 批准号:
    10459897
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
A Virtual Coach to Enhance Surgical Training using Human-Centric Modeling and Adaptive Haptic Guidance
使用以人为本的建模和自适应触觉指导来增强手术训练的虚拟教练
  • 批准号:
    10707099
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 1.82万
  • 项目类别:
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知道了