ハイパーサーミア・シミュレーションに向けた大規模並列連成計算

热疗模拟的大规模并行耦合计算

• 批准号: 21K04200
• 负责人: 河合 浩志
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Toyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04200/
• 关键词: 領域分割法; 並列有限要素法; 高周波電磁界解析; ハイパーサーミア; 連成解析; Full-Wave電磁界解析; 音響解析; 高性能計算; 電磁界解析; 数値人体モデル; PUFEM

本研究課題では、これまで推進してきた電磁界解析ー熱伝導解析の並列大規模マルチフィ ジックス計算の研究開発をもとに、強力集束超音波 (High Intensity Focused Ultrasound: HIFU)も対象とする、患者固有の高精細な人体解剖データを直接用いることが可能な、癌温熱療法(ハイパーサーミア)シミュレータを開発する。そのために、Partition-of-Unity FEM (PUFEM)による高精度かつ高速な電磁界の数値解析手法を提案し、また、電磁界、超音波、熱伝導解析向けの領域分割型並列計算ライブラリにより各物理計算機能を統一的に構築する。さらに、各物理計算を接続する並列Couplerにより、超高精細な患者のデータを直接用いるマルチフィジックス計算技術を創成する。医療現場で用いる小型のPCクラスタで 稼働可能な温熱療法の治療予測技術の実現により、電磁界温熱療法とHIFUによる治療予測、 さらに電磁界とHIFUを併用する新しい治療法構築への展開も期待できる。今年度も引き続きハイパーサーミアシミュレーションに用いる熱伝導解析コード並びに電磁界解析コードの並列計算機環境上での最適化を実施した。具体的には領域分割法における前処理アルゴリズムのチューニング、ならびに部分領域ソルバの疎行列対応を行い、一定度の性能改善効果を確認した。また、今年度はこの研究成果をもとに、査読付きジャーナル論文3件をはじめとする論文の刊行、および、日本シミュレーション学会主催の国際会議JSST2022において4件の研究発表を行い、また、研究分担者と共同でOSを主催する等した。

This research topic で は, こ れ ま で propulsion し て き た electromagnetic field analytical ー hot 伝 guide の tied for large-scale マ ル チ フ ィ ジ ッ ク ス calculation の study open 発 を も と に, strong cluster Ultrasound (High Intensity Focused Ultrasound: Patients with HIFU) も like と seaborne す る, inherent の high fine な human anatomy デ ー タ を directly with い る こ と が may な, cancer thermotherapy (ハ イ パ ー サ ー ミ ア) シ ミ ュ レ ー タ を open 発 す る. そ の た め に, Partition - of - Unity FEM (PUFEM) に よ る high-precision か つ high-speed な electromagnetic field の the numerical analytical technique proposed を し, ま た, electromagnetic field and ultrasound, hot 伝 parsing to け の field split type parallel computing ラ イ ブ ラ リ に よ り each physical machine can を unified に build す る. さ ら に, the physical calculation を 続 す る tied for Coupler に よ り, ultra fine な patients の デ ー タ を directly with い る マ ル チ フ ィ ジ ッ ク ス computing を chuang cheng す る. Medical field で with い る small の PC ク ラ ス タ で grain 働 may な thermotherapy の treatment to measure technology の be presently に よ り, electromagnetic field thermotherapy と HIFU に よ る treatment to measure, さ ら に electromagnetic field と HIFU を and す る new し い therapy to construct へ の expand も expect で き る. Our も lead き 続 き ハ イ パ ー サ ー ミ ア シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に with い る hot 伝 guide parsing コ ー ド and び に electromagnetic field analytical コ ー ド の parallel computer environment で の optimization を be applied し た. Specific に は area segmentation に お け る 処 before Richard ア ル ゴ リ ズ ム の チ ュ ー ニ ン グ, な ら び に parts ソ ル バ の 疎 ranks dominated 応 を い, a certain degree of の performance improvement unseen fruit を confirm し た. ま た, our は "こ の research を も と に, check 読 き ジ ャ ー ナ ル three pieces of paper を は じ め と す の る paper publication, お よ び, Japan シ ミ ュ レ ー シ ョ ン learn the main push の international conference JSST2022 に お い て 4 pieces の research 発 table を い, ま た, study share common で と OS を main push す る etc し た.

项目成果

Effect of Metabolic Heat Generation, Blood Perfusion and Environment Temperature on the Body Temperature-an Approach of Finite Element Simulation

代谢热、血液灌注和环境温度对体温的影响-一种有限元模拟方法

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of 15th World Congress on Computational Method(WCCM), Yokohama, Japan, Jul. 31- Aug. 5
• 作者: A M M Mukaddes;Kanta Purkaysta;Ryuji Shioya;Amane Takei
• 通讯作者: Amane Takei

電磁界-熱伝導連成問題における数値人体モデルの有限要素解析

电磁场-热传导耦合问题数值人体模型的有限元分析

• 发表时间: 2022
• 期刊: 第27回計算工学講演会論文集
• 作者: 杉本振一郎;武居周;荻野正雄
• 通讯作者: 荻野正雄

Accurate and Fast Electrostatic Field Analysis with Unstructured Numerical Human Body Model Using Parallel Geometric Multi-Grid Method

使用并行几何多重网格方法对非结构化数值人体模型进行准确快速的静电场分析

• 发表时间: 2021
• 期刊: Proceedings of The 40th JSST Annual Conference: International Conference on Simulation Technology, Kyoto, Japan, Sep. 1-3, 2021
• 作者: 黒田 啓央;小林義和，小田憲一，中村勝哉;大橋智志;Masamune Nomura and Amane Takei
• 通讯作者: Masamune Nomura and Amane Takei

大規模並列マイクロ波解析

大规模并行微波分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Kobayashi;K. Nakamura;K. Oda;大山和哉，五十嵐心一，山下総司;佐川孝広，鬼澤来輝，小池拓斗;小池 絢士，三方 康弘，井上 晋;Amane Takei;鬼澤来輝，佐川孝広;Y. Kobayashi;小池拓斗，佐川孝広;武居周
• 通讯作者: 武居周

Uncertainty Quantification Using Non-Intrusive Polynomial Chaos Method for Large-Scale Electromagnetic Wave Analysis

使用非侵入式多项式混沌方法进行大规模电磁波分析的不确定性量化

• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of 15th World Congress on Computational Method(WCCM), Yokohama, Japan, Jul. 31- Aug. 5
• 作者: Sota Goto;Amane Takei;Shigeki Kaneko;Shinobu Yoshimura
• 通讯作者: Shinobu Yoshimura