Low Back Pain is currently one of the leading causes of disability worldwide. This usually initiates at the working age of young adults as acute low back pain and depending on several factors may, later, develop into chronic low back pain. While most cases of low back pain are eventually solved by nonsurgical management, those who show no sign of improvement ultimately undergo invasive surgery. Spinal Lumbar Interbody Fusion (LIF) surgeries have become well established given the progressive increase in surgical experience and knowledge. Oblique Lateral LIF (OLLIF) is one of the most recent surgical procedures which has shown advantages by leveraging entry via the silent intervertebral anatomical window;​ the Kambin’s Triangle. Recent advancements in access instrumentation and internal medical imaging have given rise to the development of numerous Minimally Invasive Surgical (MIS) techniques. However, conducting a MIS has its challenges, such as having a minimal internal view which risks sensitive tissues and demands an adequate level of surgical experience. Thus, Virtual Reality (VR) medical simulators have risen as a solution.

The development of an anatomically accurate model marked the initiation of the set objectives. Initially, the model was utilized to extract reaction forces via offline FEM simulations to serve as boundary conditions for the initial state of the VR model. While the general VR development pipeline was later modified to ensure a performant real-time simulation, the studies conducted provided insightful knowledge on the force transmission within the spinal tissue involved within the scope of the surgery. The virtual model was, then, geometrically prepared for its incorporation into the VR scene followed by an assessment that confirmed the accuracy of the models. In addition to the geometrical preparations, the morphology of the various components invested within the model were compared in an anthropometric study to Caucasian morphological data. A cadaveric test benchtop frame was, then, constructed to fit a custom-made tensile testing machine suitable for carrying the cadaveric torso specimens. A set of procedures were developed which identified tasks capable of extracting a full set of experimental data suitable for haptic rendering. Upon acquiring two male cadaveric torsos, the experiments were successfully conducted. The main observation that no visual access is available in the access gaining module of the OLLIF procedure presented an opportunity to integrate the haptic data without communication with the VR scene. Thus, the haptic device was configured to operate on an independent thread by calibrating the haptic device with the physical interface adopted in the simulator. The implemented algorithm was well suited for the purpose of the simulator developed specifically because it required the incorporation of muscle and disc tissue only.

The results conceived herein were embedded into a constructed VR scene. Gameplay and event-listeners were programmed into the VR scene providing the basic architecture required to operate the simulator. Additionally, further aiding tools, such as fluoroscopy, were included to provide the user with options based on their needs. Finally, a set of real-time and postcompletion metrics were included in the scene to provide user-specific assessments on the performance of the simulation run.

La lombalgie est actuellement l'une des principales causes d'invalidité dans le monde. Cela commence généralement à l'âge de travailler chez des jeunes adultes en tant que lombalgie aiguë et, en fonction de plusieurs facteurs, peut, plus tard, se transformer en lombalgie chronique. Alors que la plupart des cas de lombalgie sont finalement résolus par une prise en charge non chirurgicale, ceux qui ne montrent aucun signe d'amélioration subissent finalement une chirurgie invasive. Les chirurgies de fusion intersomatique lombaire (FIL) sont bien établies compte tenu de l'augmentation progressive de l'expérience et des connaissances chirurgicales. Oblique Lateral LIF (OLLIF) est l'une des procédures chirurgicales les plus récentes qui a montré des avantages en tirant parti de l'entrée via la fenêtre anatomique intervertébrale, le triangle de Kambin. Les progrès récents dans l'instrumentation d'accès et l'imagerie médicale interne ont donné lieu au développement de nombreuses techniques de chirurgie mini-invasive (MIS). Cependant, la réalisation d'un MIS a ses défis, comme avoir une vue interne minimale qui met en danger les tissus sensibles et exige un niveau adéquat d'expérience chirurgicale. Ainsi, les simulateurs médicaux de réalité virtuelle (RV) sont devenus une solution.

Le développement d'un modèle anatomiquement précis a marqué le début des objectifs fixés. Initialement, le modèle a été utilisé pour extraire les forces de réaction via des simulations FEM hors ligne afin de servir de conditions aux limites pour l'état initial du modèle VR. Alors que le pipeline de développement VR général a été modifié par la suite pour assurer un Simulation performante en temps réel, les études menées ont fourni des connaissances approfondies sur la transmission de force au sein du tissu rachidien impliqué dans le cadre de la chirurgie. Le modèle virtuel a ensuite été préparé géométriquement pour son incorporation dans la scène VR suivie d'une évaluation qui a confirmé la précision des modèles. Outre les préparations géométriques, la morphologie des différents composants investis dans le modèle a été comparée dans une étude anthropométrique à des données morphologiques caucasiennes. Un cadre de banc d'essai cadavérique a alors été construit pour s'adapter à un essai via machine de traction sur mesure adaptée au transport des spécimens de torse cadavérique. Un ensemble de procédures a été développé qui a identifié des tâches capables d'extraire un ensemble complet de données expérimentales adaptées au rendu haptique. Lors de l'acquisition de deux torses de cadavres masculins, les expériences ont été menées avec succès. La principale observation selon laquelle aucun accès visuel n'est disponible dans le module d'accès de la procédure OLLIF a présenté une opportunité d'intégrer les données haptiques sans communication avec la scène VR. Ainsi, le dispositif haptique a été configuré pour fonctionner à un fil indépendant en calibrant le dispositif haptique avec l'interface physique adoptée dans le simulateur. L'algorithme mis en œuvre était bien adapté aux fins du simulateur développé spécifiquement car il ne nécessitait que l'incorporation de tissu musculaire et discal.

Les résultats conçus ici ont été intégrés dans une scène VR construite. Le gameplay et les écouteurs d'événements ont été programmés dans la scène VR fournissant l'architecture de base requise pour faire fonctionner le simulateur. En outre, d'autres outils d'aide, tels que la fluoroscopie, ont été inclus pour fournir à l'utilisateur des options en fonction de ses besoins. Enfin, un ensemble de métriques en temps réel et après achèvement ont été inclus dans la scène pour fournir des évaluations spécifiques à l'utilisateur sur les performances de l'exécution de la simulation