Detail projektu
Large-Scale Ultrasound Propagation Simulations in the Human Brain
Období řešení: 1. 1. 2014 - 31. 12. 2016
Typ projektu: grant
Kód: SoMoPro-II-2013-IG
Agentura: Jihomoravské centrum pro mezinárodní mobilitu
Program:
Výzkum mozku, onkologie, akustika, výpočetní fyzika, nástroje pro modelování, informační technologie
Realistické simulace šíření ultrazvukových vln v živých tkáních nabízí široký rozsah využití. Velmi slibnou oblastí využití ultrazvuku je fokusovaný ultrazvuk o vysoké intenzitě, jenž nachází uplatnění ve funkční neurochirurgii jako alternativní, neinvazivní léčebná metoda mozkových nádorů, nitrolebečního krvácení, poruchy motorických funkcí a Parkinsonovy nemoci. Tato metoda pracuje na principu vysílání soustředěných paprsků ultrazvukových vln do tkáně. Akustická energie dosahuje v místě ohniska takové úrovně, že způsobuje buněčnou nekrózu, zatímco tkáň mimo ohnisko ponechává bez poškození. Při aplikacích ve funkční neurologii je proto kritické zajistit přesné umístění ohniska v mozku. Tento požadavek je velmi obtížné zajistit vzhledem ke zkreslení ultrazvukové vlny způsobené průchodem lebkou. Zde mohou pomoci počítačové simulace, které poskytnou přesné operační plány pro konkrétního pacienta. Současné simulační nástroje však nejsou schopny pojmout extrémní rozsah a fyzikální podstatu realistický simulací prováděných uvnitř lidského mozku. Cílem tohoto projektu je navrhnout, ověřit a aplikovat nové výpočetní modely pro simulaci šíření ultrazvukových vln skrze lebku a uvnitř lidského mozku. Tyto modely budou těžit ze současných pokroků na poli teoretické akustiky a numerických metod a budou realizovány s využitím moderních superpočítačových systémů. Navržené modely budou první svého druhu, které umožní přesnou predikci umístění ohniska akustických vln mozku. Výsledky tohoto projektu umožní lékařům pečlivě plánovat a optimalizovat parametry léčby, zvýšit efektivitu fokusované ultrazvukové terapie, snížit dobu nutnou k ošetření pacientů a rozšířit množinu nádorů vhodných pro tento typ léčby.
Dvořák Václav, prof. Ing., DrSc. (UPSY FIT VUT) , spoluřešitel
2018
- SUOMI Visa, JAROŠ Jiří, TREEBY Bradley E. a CLEVELAND Robin. Full Modeling of High-Intensity Focused Ultrasound and Thermal Heating in the Kidney Using Realistic Patient Models. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, roč. 65, č. 11, 2018, s. 2660-2670. ISSN 0018-9294. Detail
2017
- ROBERTSON James L., COX Ben T., JAROŠ Jiří a TREEBY Bradley E. Accurate simulation of transcranial ultrasound propagation for ultrasonic neuromodulation and stimulation. Journal of the Acoustical Society of America, roč. 141, č. 3, 2017, s. 1726-1738. ISSN 1520-8524. Detail
- AHMED Hashim U., SHAH Taimur T., GEORGIOU Panayiotis, JAROŠ Jiří, PAYNE Heather, ALLEN Clare, GIBSON Eli, BARRATT Dean a TREEBY Bradley E. Beam distortion due to gold fiducial markers during salvage high-intensity focused ultrasound in the prostate. Medical Physics, roč. 44, č. 2, 2017, s. 679-693. ISSN 0094-2405. Detail
2016
- TREEBY Bradley E., JAROŠ Jiří a COX Ben T. Advanced photoacoustic image reconstruction using the k-Wave toolbox. In: Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE. Progress in Biomedical Optics and Imaging - Proceedings of SPIE, roč. 9708. San Francisco: SPIE - the international society for optics and photonics, 2016, s. 1-14. ISBN 978-1-62841-942-9. Detail
- BROWN Michael D., JAROŠ Jiří, COX Ben T. a TREEBY Bradley E. Control of Broadband Optically Generated Ultrasound Pulses Using Binary Amplitude Holograms. Journal of the Acoustical Society of America, roč. 139, č. 4, 2016, s. 1637-1647. ISSN 1520-8524. Detail
- JAROŠ Jiří, RENDELL Alistair P. a TREEBY Bradley E. Full-wave nonlinear ultrasound simulation on distributed clusters with applications in high-intensity focused ultrasound. International Journal of High Performance Computing Applications, roč. 30, č. 2, 2016, s. 137-155. ISSN 1741-2846. Detail
- MERTA Michal, ZAPLETAL Jan a JAROŠ Jiří. Many Core Acceleration of the Boundary Element Method. In: Proceedings of High Performance Computing in Science and Engineering. Lecture Notes in Computer Science, roč. 9611. Basel: Springer International Publishing, 2016, s. 116-125. ISBN 978-3-319-40360-1. Detail
- SUOMI Visa, JAROŠ Jiří, TREEBY Bradley E. a CLEVELAND Robin. Nonlinear 3-D simulation of high-intensity focused ultrasound therapy in the kidney. In: 38th Annual International Conference of the IEEE-Engineering-in-Medicine-and-Biology-Society (EMBC). Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBS. Orlando: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, s. 5648-5651. ISBN 978-1-4577-0220-4. Detail
- JAROŠ Jiří, VAVERKA Filip a TREEBY Bradley E. Spectral Domain Decomposition Using Local Fourier Basis: Application to Ultrasound Simulation on a Cluster of GPUs. Supercomputing Frontiers and Innovations, roč. 3, č. 3, 2016, s. 40-55. ISSN 2313-8734. Detail
- JAROŠ Jiří, VAVERKA Filip a TREEBY Bradley E. Spectral Domain Decomposition Using Local Fourier Basis: Application to Ultrasound Simulation on a Cluster of GPUs. Salt Lake City, 2016. Detail
2015
- JAROŠ Jiří, NIKL Vojtěch a TREEBY Bradley E. Large-scale Ultrasound Simulations Using the Hybrid OpenMP/MPI Decomposition. In: Proceedings of the 3rd International Conference on Exascale Applications and Software. Edinburgh: Association for Computing Machinery, 2015, s. 115-119. ISBN 978-0-9926615-1-9. Detail
- JAROŠ Jiří, DOHNAL Matěj a TREEBY Bradley E. Large-scale Ultrasound Simulations with Local Fourier Basis Decomposition. The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage Analysis, SC15. Austin, 2015. Detail
2014
- TREEBY Bradley E., JAROŠ Jiří, ROHRBACH Daniel a COX Ben T. Modelling elastic wave propagation using the k-Wave MATLAB toolbox. In: IEEE International Ultrasonics Symposium, IUS. Chicago, IL: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2014, s. 146-149. ISBN 978-1-4799-7049-0. Detail
- NIKL Vojtěch a JAROŠ Jiří. Parallelisation of the 3D Fast Fourier Transform Using the Hybrid OpenMP/MPI Decomposition. In: Mathematical and Engineering Methods in Computer Science. Lecture Notes in Computer Science, roč. 8934. Heidelberg: Springer International Publishing, 2014, s. 100-112. ISBN 978-3-319-14895-3. Detail