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: Jiné veřejné zdroje než podle zák. č. 130/2002 Sb.

Program: Ostatní veřejné zdroje financování nepatřící do institucionálních zdrojů ČR

Název česky
Simulace šíření ultrazvukových vln v lidském mozku
Typ
grant
Klíčová slova

Výzkum mozku, onkologie, akustika, výpočetní fyzika, nástroje pro modelování,
informační technologie

Abstrakt

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.

Řešitelé
Jaroš Jiří, doc. Ing., Ph.D. (UPSY) – hlavní řešitel
Dvořák Václav, prof. Ing., DrSc.
Publikace

2018

  • SUOMI, V.; JAROŠ, J.; TREEBY, B.; CLEVELAND, R. Full Modeling of High-Intensity Focused Ultrasound and Thermal Heating in the Kidney Using Realistic Patient Models. IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, 2018, vol. 65, no. 11, p. 2660-2670. ISSN: 0018-9294. Detail

2017

  • AHMED, H.; SHAH, T.; GEORGIOU, P.; JAROŠ, J.; PAYNE, H.; ALLEN, C.; GIBSON, E.; BARRATT, D.; TREEBY, B. Beam distortion due to gold fiducial markers during salvage high-intensity focused ultrasound in the prostate. MEDICAL PHYSICS, 2017, vol. 44, no. 2, p. 679-693. ISSN: 0094-2405. Detail
  • ROBERTSON, J.; COX, B.; JAROŠ, J.; TREEBY, B. Accurate simulation of transcranial ultrasound propagation for ultrasonic neuromodulation and stimulation. Journal of the Acoustical Society of America, 2017, vol. 141, no. 3, p. 1726-1738. ISSN: 1520-8524. Detail

2016

  • BROWN, M.; JAROŠ, J.; COX, B.; TREEBY, B. Control of Broadband Optically Generated Ultrasound Pulses Using Binary Amplitude Holograms. Journal of the Acoustical Society of America, 2016, vol. 139, no. 4, p. 1637-1647. ISSN: 1520-8524. Detail
  • JAROŠ, J.; RENDELL, A.; TREEBY, B. Full-wave nonlinear ultrasound simulation on distributed clusters with applications in high-intensity focused ultrasound. International Journal of High Performance Computing Applications, 2016, vol. 30, no. 2, p. 137-155. ISSN: 1741-2846. Detail
  • JAROŠ, J.; VAVERKA, F.; TREEBY, B. Spectral Domain Decomposition Using Local Fourier Basis: Application to Ultrasound Simulation on a Cluster of GPUs. Salt Lake City: 2016. p. 1 (1 s.). Detail
  • JAROŠ, J.; VAVERKA, F.; TREEBY, B. Spectral Domain Decomposition Using Local Fourier Basis: Application to Ultrasound Simulation on a Cluster of GPUs. International Journal of Supercomputing Frontiers and Innovations, 2016, vol. 3, no. 3, p. 40-55. ISSN: 2313-8734. Detail
  • MERTA, M.; ZAPLETAL, J.; JAROŠ, J. Many Core Acceleration of the Boundary Element Method. In Proceedings of High Performance Computing in Science and Engineering. Lecture Notes in Computer Science. Basel: Springer International Publishing, 2016. p. 116-125. ISBN: 978-3-319-40360-1. Detail
  • SUOMI, V.; JAROŠ, J.; TREEBY, B.; CLEVELAND, R. 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. p. 5648-5651. ISBN: 978-1-4577-0220-4. Detail
  • TREEBY, B.; JAROŠ, J.; COX, B. 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. San Francisco: SPIE - the international society for optics and photonics, 2016. p. 1-14. ISBN: 978-1-62841-942-9. Detail

2015

  • JAROŠ, J.; DOHNAL, M.; TREEBY, B. Large-scale Ultrasound Simulations with Local Fourier Basis Decomposition. The International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage Analysis, SC15. Austin: 2015. Detail
  • JAROŠ, J.; NIKL, V.; TREEBY, B. Large-scale Ultrasound Simulations Using the Hybrid OpenMP/MPI Decomposition. Proceedings of the 3rd International Conference on Exascale Applications and Software. Edinburgh: Association for Computing Machinery, 2015. p. 115-119. ISBN: 978-0-9926615-1-9. Detail

2014

  • NIKL, V.; JAROŠ, J. 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. Heidelberg: Springer International Publishing, 2014. p. 100-112. ISBN: 978-3-319-14895-3. Detail
  • TREEBY, B.; JAROŠ, J.; ROHRBACH, D.; COX, B. 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. p. 146-149. ISBN: 978-1-4799-7049-0. Detail
Produkty

2016

2014

Nahoru