Efficient parallel proximity queries and an application to highly complex motion planning problems with many narrow passages

In vielen Bereichen der industriellen Fertigung, wie zum Beispiel in der Automobilindustrie, wer- den digitale Versuchsmodelle (sog. digital mock-ups) eingesetzt, um die Entwicklung komplexer Maschinen m ̈oglichst gut durch Computersysteme unterstu ̈tzen zu k ̈onnen. Hierbei spielen Be- wegungsplanungsalgorithmen eine wichtige Rolle, um zu gew ̈ahrleisten, dass diese digitalen Pro- totypen auch kollisionsfrei zusammengesetzt werden k ̈onnen. In den letzten Jahrzehnten haben sich hier sampling-basierte Verfahren besonders bew ̈ahrt. Diese erzeugen eine große Anzahl von zuf ̈alligen Lagen fu ̈r das ein-/auszubauende Objekt und verwenden einen Kollisionserken- nungsmechanismus, um die einzelnen Lagen auf Gu ̈ltigkeit zu u ̈berpru ̈fen. Daher spielt die Kollisionserkennung eine wesentliche Rolle beim Design effizienter Bewegungsplanungsalgorith- men. Eine Schwierigkeit fu ̈r diese Klasse von Planern stellen sogenannte “narrow passages” dar, schmale Passagen also, die immer dort auftreten, wo die Bewegungsfreiheit der zu planenden Objekte stark eingeschr ̈ankt ist. An solchen Stellen kann es schwierig sein, eine ausreichende Anzahl von kollisionsfreien Samples zu finden. Es ist dann m ̈oglicherweise n ̈otig, ausgeklu ̈geltere Techniken einzusetzen, um eine gute Performance der Algorithmen zu erreichen.rnDie vorliegende Arbeit gliedert sich in zwei Teile: Im ersten Teil untersuchen wir parallele Kollisionserkennungsalgorithmen. Da wir auf eine Anwendung bei sampling-basierten Bewe- gungsplanern abzielen, w ̈ahlen wir hier eine Problemstellung, bei der wir stets die selben zwei Objekte, aber in einer großen Anzahl von unterschiedlichen Lagen auf Kollision testen. Wir im- plementieren und vergleichen verschiedene Verfahren, die auf Hu ̈llk ̈operhierarchien (BVHs) und hierarchische Grids als Beschleunigungsstrukturen zuru ̈ckgreifen. Alle beschriebenen Verfahren wurden auf mehreren CPU-Kernen parallelisiert. Daru ̈ber hinaus vergleichen wir verschiedene CUDA Kernels zur Durchfu ̈hrung BVH-basierter Kollisionstests auf der GPU. Neben einer un- terschiedlichen Verteilung der Arbeit auf die parallelen GPU Threads untersuchen wir hier die Auswirkung verschiedener Speicherzugriffsmuster auf die Performance der resultierenden Algo- rithmen. Weiter stellen wir eine Reihe von approximativen Kollisionstests vor, die auf den beschriebenen Verfahren basieren. Wenn eine geringere Genauigkeit der Tests tolerierbar ist, kann so eine weitere Verbesserung der Performance erzielt werden.rnIm zweiten Teil der Arbeit beschreiben wir einen von uns entworfenen parallelen, sampling- basierten Bewegungsplaner zur Behandlung hochkomplexer Probleme mit mehreren “narrow passages”. Das Verfahren arbeitet in zwei Phasen. Die grundlegende Idee ist hierbei, in der er- sten Planungsphase konzeptionell kleinere Fehler zuzulassen, um die Planungseffizienz zu erh ̈ohen und den resultierenden Pfad dann in einer zweiten Phase zu reparieren. Der hierzu in Phase I eingesetzte Planer basiert auf sogenannten Expansive Space Trees. Zus ̈atzlich haben wir den Planer mit einer Freidru ̈ckoperation ausgestattet, die es erlaubt, kleinere Kollisionen aufzul ̈osen und so die Effizienz in Bereichen mit eingeschr ̈ankter Bewegungsfreiheit zu erh ̈ohen. Optional erlaubt unsere Implementierung den Einsatz von approximativen Kollisionstests. Dies setzt die Genauigkeit der ersten Planungsphase weiter herab, fu ̈hrt aber auch zu einer weiteren Perfor- mancesteigerung. Die aus Phase I resultierenden Bewegungspfade sind dann unter Umst ̈anden nicht komplett kollisionsfrei. Um diese Pfade zu reparieren, haben wir einen neuartigen Pla- nungsalgorithmus entworfen, der lokal beschr ̈ankt auf eine kleine Umgebung um den bestehenden Pfad einen neuen, kollisionsfreien Bewegungspfad plant.rnWir haben den beschriebenen Algorithmus mit einer Klasse von neuen, schwierigen Metall- Puzzlen getestet, die zum Teil mehrere “narrow passages” aufweisen. Unseres Wissens nach ist eine Sammlung vergleichbar komplexer Benchmarks nicht ̈offentlich zug ̈anglich und wir fan- den auch keine Beschreibung von vergleichbar komplexen Benchmarks in der Motion-Planning Literatur.

An approach to an intramolecular organocatalysed asymmetric Friedel-Crafts reaction

An intramolecular and asymmetric Friedel-Crafts alkylation of chalcones, exploiting mostly organocatalysts, in order to simultaneously obtain a new chiral center and a chiral axis.

Clinical and Histological Evaluation of a Granular Bovine Bone Biomaterial Used as an Adjunct to Guided Tissue Regeneration With a Bioresorbable Bovine Pericardium Collagen Membrane in the Treatment of Intrabony Periodontal Defects

The aim of the present study is to evaluate the clinical and histologic healing of deep intrabony defects treated with guided tissue regeneration (GTR) with a collagen membrane from bovine pericardium and implantation of granular bovine bone biomaterial.

Pituitary surgery for small prolactinomas as an alternative to treatment with dopamine agonists

Despite the fact that consensus guidelines recommend long-term dopamine agonist (DA) therapy as a first-line approach to the treatment of small prolactinoma, some patients continue to prefer a primary surgical approach. Concerns over potential adverse effects of long-term medical therapy and/or the desire to become pregnant and avoid long-term medication are often mentioned as reasons to pursue surgical removal. In this retrospective study, 34 consecutive patients (30 female, 4 male) preferably underwent primary pituitary surgery without prior DA treatment for small prolactinomas (microprolactinoma 1-10 mm, macroprolactinoma 11-20 mm) at the Department of Neurosurgery, University of Bern, Switzerland. At the time of diagnosis, 31 of 34 patients (91%) presented with symptoms. Patients with microprolactinomas had significantly lower preoperative prolactin (PRL) levels compared to patients with macroprolactinomas (median 143 μg/l vs. 340 μg/l). Ninety percent of symptomatic patients experienced significant improvement of their signs and symptoms upon surgery. The postoperative PRL levels (median 3.45 μg/l) returned to normal in 94% of patients with small prolactinomas. There was no mortality and no major morbidities. One patient suffered from hypogonadotropic hypogonadism after surgery despite postoperative normal PRL levels. Long-term remission was achieved in 22 of 24 patients (91%) with microprolactinomas, and in 8 of 10 patients (80%) with macroprolactinomas after a median follow-up period of 33.5 months. Patients with small prolactinomas can safely consider pituitary surgery in a specialized centre with good chance of long-term remission as an alternative to long-term DA therapy.

Management of blunt injuries to the spleen

Non-operative management (NOM) of blunt splenic injuries is nowadays considered the standard treatment. The present study identified selection criteria for primary operative management (OM) and planned NOM.

Postmortem imaging-guided biopsy as an adjuvant to minimally invasive autopsy with CT and postmortem angiography: a feasibility study

Although postmortem CT suffices for diagnosing most forms of traumatic death, the examination of natural death is, to date, very difficult and error prone. The introduction of postmortem angiography has led to improved radiologic diagnoses of natural deaths. Nevertheless, histologic changes to tissues, an important aspect in traditional examination procedures, remain obscure even with CT and CT angiography. For this reason, we examined the accuracy of a minimally invasive procedure (i.e., CT angiography combined with biopsy) in diagnosing major findings and the cause of death in natural deaths.

Benefit of immediate revascularization in women with critical limb ischemia in an intention-to-treat analysis

Evidence for the best treatment strategy in women with critical limb ischemia (CLI) is limited and controversial with studies contradicting each other. Therefore, we determined the benefit of immediate revascularization compared to medical therapy (MT) with optional delayed revascularization in men and women with CLI.

Coupling biomechanics to a cellular level model: An approach to patient-specific image driven multi-scale and multi-physics tumor simulation

Modeling of tumor growth has been performed according to various approaches addressing different biocomplexity levels and spatiotemporal scales. Mathematical treatments range from partial differential equation based diffusion models to rule-based cellular level simulators, aiming at both improving our quantitative understanding of the underlying biological processes and, in the mid- and long term, constructing reliable multi-scale predictive platforms to support patient-individualized treatment planning and optimization. The aim of this paper is to establish a multi-scale and multi-physics approach to tumor modeling taking into account both the cellular and the macroscopic mechanical level. Therefore, an already developed biomodel of clinical tumor growth and response to treatment is self-consistently coupled with a biomechanical model. Results are presented for the free growth case of the imageable component of an initially point-like glioblastoma multiforme tumor. The composite model leads to significant tumor shape corrections that are achieved through the utilization of environmental pressure information and the application of biomechanical principles. Using the ratio of smallest to largest moment of inertia of the tumor material to quantify the effect of our coupled approach, we have found a tumor shape correction of 20\% by coupling biomechanics to the cellular simulator as compared to a cellular simulation without preferred growth directions. We conclude that the integration of the two models provides additional morphological insight into realistic tumor growth behavior. Therefore, it might be used for the development of an advanced oncosimulator focusing on tumor types for which morphology plays an important role in surgical and/or radio-therapeutic treatment planning.

Toward optimal early management after whiplash injury to lessen the rate of transition to chronicity: discussion paper 5

Expert debate and synthesis of research to inform future management approaches for acute whiplash disorders.

An Introduction to mountain glaciers as climate indicators with spatial and temporal diversity

This article gives an introduction to the spatial and temporal diversity of mountain glaciers as climate indicators. Alongside some information about the present extent of mountain glaciation and available databases, some specific problems with the interpretation of mountain glacier changes are highlighted.