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

基本信息

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

项目摘要

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。

该研究主题基于对电磁场现场分析和热传导分析的平行大规模多物理计算的研究和开发，这些计算已经促进了迄今已促进的，我们将开发一个可以直接使用高定义的人类解剖学数据的癌症高温模拟器，该数据与患者所独有的数据独有，这也是高强度超级超级超级范围的（hifu）。为此，我们提出了一种使用Unity FEM（PUFEM）（PUFEM）的高精度，高速数值分析方法，用于电磁场，我们将使用用于电磁场，超声波波和热导导分析的区域细分平行计算库统一每个物理计算函数。此外，连接每个物理计算的并行耦合器会创建一种多物理计算技术，该技术直接使用了超高的定义患者数据。通过实现可以在医疗环境中使用的小型PC簇中操作的治疗预测技术，可以预期使用电磁场高热治疗和HIFU的治疗预测以及使用电磁场和HIFU的新治疗方法。今年，我们继续优化平行计算机环境中高温模拟中使用的热传导分析代码和电磁场分析代码。具体而言，该区域分裂方法中的预处理算法是调整的，并且执行了部分区域求解器的稀疏基质对应关系，并且确认性能改善效果是恒定的。此外，根据这项研究结果，今年，我们在日本模拟学会主持的国际会议JSST2022上发表了三篇经过同行评审的期刊论文以及四个研究演讲，并与研究合作伙伴合作组织了OS。

项目成果

期刊论文数量（76）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
第27回計算工学講演会論文集
影响因子：
0
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

DOI：
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
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
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

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

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
Proceedings of 15th World Congress on Computational Method(WCCM), Yokohama, Japan, Jul. 31- Aug. 5
影响因子：
0
作者：
A M M Mukaddes;Kanta Purkaysta;Ryuji Shioya;Amane Takei
通讯作者：
Amane Takei

Perception of Direction of Moving Sounds ―Study on Adaptive Method―

移动声音的方向感知―自适应方法的研究―