电场治疗脑肿瘤的建模【Simpleware应用】

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概述 交变电场或肿瘤电场治疗(TTFields)是一种治疗癌症,特别是复发性胶质母细胞瘤的电磁场疗法。与传统方法相比,肿瘤电场治疗通过头皮上的阵列传递低强度的电流,展现出良好的效果。然而,人们对肿瘤电场治疗在脑内的精确分布以及它们覆盖复发性胶质母细胞瘤程度仍不甚了解。医学图像数据的计算仿真为分析肿瘤电场治疗胶质母细胞瘤的效果提供了解决方案,Simpleware 软件可以为此类应用研究生成精准的模型。 亮点 获取复发性胶质母细胞瘤患者治疗期间的MRI数据使用 Simpleware 软件生成带有传感器阵列的三维头部模型并划分网格将网格模型导出至 COMSOL Multiphysics 分析电场分布仿真结果有助于拓展对肿瘤电场治疗的认识 MRI 图像采集与肿瘤治疗 研究人员的目的是测定患者脑内的电场分布随频率的变化,因此他们对大脑结构使用了协同配准(co-registered)钆剂后 T1 加权、T2 和 MP RAGE 图像与预设的电导率和相对介电常数。1 例 67 岁女性患者的神经影像学回顾性分析,其患有右侧后脑复发性胶质母细胞瘤,在初始经过神经外科手术切除后进行了 6 个月的肿瘤电场治疗,每日颅外照射加替莫唑胺,照射后以替莫唑胺为佐剂。然后她同时接受注射一剂 10 mg/kg 的贝伐珠单抗(每两周一次)和肿瘤电场治疗,在可能的情况下持续地作用在她剃光的头上。传感器阵列的放置是基于计算机通过对MRI数据中她头部、肿瘤大小和肿瘤位置的形态测量,从而生成的个性化布局。这两种治疗持续到 24 个月时在右侧脑室外侧缘发现另一个患病部位。 图:患者脑部 MRI 图像:初始治疗 6 个月后,肿瘤可见于上层切片(A)和下层切片(B);24 个月后在右侧脑室外侧缘(D)处发现新的患病部位,而原发肿瘤稳定(C)。 图像处理和网格划分 同一个基线 MRI 用于布局,使用 Simpleware ScanIP 由协同配准的 MRI 图像数据生成头部 3D 模型。在Simpleware FE 中为每一个分割出的头部结构和传感器阵列生成有限元网格,头部包括头皮、颅骨、硬脑膜、脑脊液(CSF)、幕上灰/白质、脑室、脑干、小脑、复发性胶质母细胞瘤。然后将复合的有限元网格模型导出为 COMSOL Multiphysics 的格式。 图:利用 Simpleware 软件创建带有传感器阵列的头部模型 模拟结果 […]

用于模拟起搏器性能的躯干模型

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概述 MicroPort 是一家在全球范围内为患者开发救生医疗产品的公司。MicroPort 也是专业生产治疗心律紊乱和心力衰竭的心律管理设备(CRM)制造商。该公司使用 Synopsys 的Simpleware 软件对复杂的起搏器几何结构进行建模,以便更好地理解患者心动过缓和心动过速等情况的治疗方法。MicroPort通常要对研发设备进行既昂贵又耗时的动物测试,在试图减少错误时承担着重大的伦理风险。而基于图像的有限元仿真提供的另一种测试方法,能够减少对动物测试的依赖,降低设备故障风险,并且没有与动物测试类似的伦理风险。 亮点 使用人体模型的仿真减少动物试验需求仿真过程快速、高效、成本低Simpleware 软件可在网格划分前修复模型Simpleware 软件的模型为仿真提供了直接路线 处理躯干模型 MicroPort 由 IT’IS 基金会和美国食品药品监督管理局提供的数据集开发出逼真的几何结构,从而开始了他们的模拟过程。利用 Simpleware 软件先对原始 STL 文件进行处理,分割出用于仿真的感兴趣的区域。Simpleware 软件的易用性允许其对单个部位三角剖分错误(如孔洞、顶点到顶点的连接和非流形边)进行修复。在 Simpleware 软件中进行的处理操作能够使 STL 数据更适合网格划分和仿真。 图:在Simpleware软件中对原始几何结构进行处理,为仿真准备网格 创建稳健的FE模型 对图像数据分割后,在 Simpleware 软件中导出用于仿真的模型:用于 COMSOL Multiphysics 的体积网格和可用于几何结构编辑和重新划分网格的 NURBS IGES 文件。Simpleware 的网格可以保证严密性、光滑且精准的几何结构以及无缝隙的正确拓扑结构。这种高质量的网格划分水平使 COMSOL Multiphysics 中的网格能够为电磁(EM)仿真做好充分的准备。 图:Simpleware 软件为 COMSOL Multiphysics 导出稳健的模型 生成人体心脏模型 为了改进仿真细节,需要使用 Simpleware 软件处理从单独的数据集中创建的心脏模型。主要任务是在原始心脏模型中添加腔室,并使用图像处理工具从图像数据中去除不必要的细节。Simpleware 软件可以将腔室的分割和模型外表面向实体的封闭以单独的 NURBS 文件形式导出至 COMSOL。 图:将 NURBS […]

经颅直流电刺激治疗脑卒中

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概述 经颅直流电刺激(tDCS)作为一种向大脑传递微弱直流电的神经调节技术,可用于治疗脑损伤、脑卒中等神经系统疾病。Soterix Medical 公司和纽约市立学院(CCNY)的研究人员使用 Simpleware 软件为神经系统疾病研发通过 tDCS 这种神经调节技术实现的解决方案。对于 tDCS,了解电流的流动区域、如何优化电极放置以设计治疗方案,以及回顾性分析临床结果都至关重要。  亮点 Simpleware 软件对头部和脑部 MRI 数据进行分割和网格化 COMSOL Multiphysics 中的模拟结果揭示了 tDCS 的效果 此工作是探索 Soterix Medical 公司的 HD-tDCS™ 方案对脑卒中治疗的益处 简介 Soterix Medical 团队采用独特的高清 tDCS(HD-tDCS™)方法,提供与标准 tDCS 相同的电流,但使用更小的或多电极与优化算法和流动模型进行定位和优化治疗。从 CCNY 的早期研究到 Soterix Medical 正在进行的临床试验和设备优化,在近15年为改善和降低患者风险的长期目标的研究过程中,Simpleware 软件已经成为必不可少的一部分。 图像处理和网格生成 Soterix Medical 的工作流程通常是从健康人体头部的磁共振成像(MRI)扫描开始,使用 MATLAB 和 SPM 软件自动分割皮肤、骨骼、脑脊液(CSF)和灰质。然后将生成的文件导入到 Simpleware ScanIP 中进行原始分割的校正。 研究人员面临的常见挑战之一就是使用 3D 编辑将图像数据中不需要的特征删除。这种清理工作非常耗时,但在 Simpleware 软件中利用掩模统计工具对连接区域进行批量分类整理并去除不必要的数据即可解决。在 Simpleware […]