ネットワーク結合型並列コンピュータを用いた体内組織および骨内伝搬音波の解析

使用网络耦合并行计算机分析在身体组织和骨骼中传播的声波

基本信息

批准号：
15700357
负责人：
土屋健伸
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Kanagawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15700357/
关键词：
生体内部音波伝搬骨内部音波伝搬温度上昇時間領域差分法並列計算 PCクラスタ超音波による発熱音波伝搬解析生体組織医療超音波熱伝導方程式並列演算法生体内音波伝搬骨粗しょう症並列演算解析安全性生体内部温度上昇

项目摘要

生体内部を可視化する超音波診断装置の性能向上を目指して,生体内部ならびに骨内を伝搬する超音波を精密に解析することを目的とした.さらに診断装置の更なる安全化のために,超音波によって生体内部に発生する熱量を推定し,内部温度の上昇値を推測した.解析手法にはパルス波伝搬を簡便に行える時間領域差分法(Finite Difference Time Domain : FDTD法)と熱伝導方程式法(Heat Conduction Equation : HCE法)を組み合わせたFDTD-HCE法を用いた.さらに従来,計算時間と使用メモリの問題から実行が困難であった3次元モデルの解析を,ネットワークを介し接続されたPCクラスタを使用して可能とした.そしてアルゴリズムを最適化して計算時間を短縮し,PC8台で680%の高速化率を得た.本年度の研究はFDTD-HCE法の3次元モデルの構築と解析ならびに生体模擬ファントムによる実測値との比較を行った.そして,現状の超音波診断装置に使用されている電子フォーカス型(収束型)の超音波送波プローブを計算機上で構築し,生体組織ならびに骨内の音波伝搬と温度分布の推定を行った.3次元モデルの構築と解析ならびに実測値との比較では,周波数1MHz,超音波強度1.12W/cm^2,連続波の条件で行った.実測データに対し,2次元解析では温度差が2度,3次元解析では温度差が0.3度と実験結果と解析結果が良く一致し,解析手法の正確さと3次元モデルの有効性が示された.次に電子フォーカス型の超音波送波プローブによる生体内部の温度上昇の解析では収束型プローブによりさせられた音波は平面型に比べ,同じ強度では温度の上昇が一部のみで回りに大きな影響を与えないことが分かった.さらに周波数2MHz,超音波強度0.72W/cm^2,連続波の条件で収束域近傍に骨があると想定した場合,骨内部の温度が2度上昇することが分かり,さらに焦点域の温度も0.2度上昇した.そして,現行の超音波診断装置の安全指標である度0.72W/cm^2でパルス波送信での条件で生体内部の温度上昇の解析を行った.送信繰り返し周波数(PRF)を現行機の10倍以上の速さである400kHzに設定しても温度上昇はわずか0.0004度であり,現行機種の安全性が確認された.

目的是提高可视化生物内部内部的超声诊断设备的性能，并精确地分析在生物内部和骨骼内传播的超声波。此外，为了进一步提高诊断设备的安全性，通过超声波估计了活体内产生的热量，并估计了内部温度的升高。分析方法包括时域（FDTD）和热传导方程，这可以轻松脉搏波传播。此外，对3D模型的分析（以前由于计算时间和内存使用而难以执行）可以使用通过网络连接的PC串件进行。算法被优化以缩短计算时间，并通过获得680％的速度来获得680％的速度，从而获得了680％的速度。通过构建和分析3D模型，该方法是通过构建和分析的3D模型来实现的，该模型是fd a f dd a f. a fld a f. a fld a f.模拟幻影。我们比较了值。然后，我们构建了计算机当前超声诊断设备中使用的电子焦点类型（收敛类型）超声传输探针，并估计了活组织和骨骼中声波的传播以及温度分布。在3D模型的构建和分析以及与实际测量值的比较中，频率为1MHz，超声强度为1.12W/cm^2，并且连续波条件。在实际测量数据中，在2D分析中，温度差为2°，温度差为3D分析。实验结果和分析结果非常匹配，表明分析方法的准确性以及3D模型的有效性。接下来，在使用电子集中的超声波传输探针对活体温度升高的分析中，发现由收敛探针引起的温度升高仅是由于相同的强度而部分造成的，并且骨骼处于收敛区域的附近，在2MHz的条件下，超声强度为0.72W/CM^2，并且连续浪潮。假设有一个情况，骨内的温度升高了2度，焦点范围内的温度也增加了0.2度。然后，我们在当前超声诊断设备的安全指标下分析了活体内的温度升高。即使将传输重复频率（PRF）设置为400 kHz（比当前模型快10倍以上），温度升高仅为0.0004度，这证实了当前模型的安全性。