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20/06/2019

Sim4Life重要發布 V5.0

Sim4Life Major Release V5.0

通过Sim4Life V5.0,我们向客户介绍了一个新的非常强大的功能:我们的新型低频电磁解算器套件!这些新的求解器基于有限元方法(FEM),支持高性能计算(HPC),可在非结构化网格上运行,从而使得具有微小结构细节的设备被集成在更大的人体尺寸环境中的多尺度应用下的速度和精度显著提高。与市场上其他平台相比,新的FEM求解器提供了许多重要的好处,包括独特的半绝缘层,各向异性张量非均匀电导率分布(例如,基于图像),新的边界条件以及专业可视化和分析工具。此外,已经开发了大量的网格划分工具来支持新的求解器,包括基于强大的Visual Kinematics(VKI)引擎的四面体体网格划分器。网格划分工具理想地适合于处理基于计算机辅助设计(CAD)的结构的相关特征,例如医学植入物或其他复杂几何形状。

特别提高了图形用户界面(GUI)性能,尤其是针对处理大量建模/模拟实体。 在V5.0中,,执行具有数千个神经元的模拟的速度与先前的版本快了不止一个数量级,使得复杂的神经刺激应用的模拟成为Sim4Life中的日常任务。

计算生命科学的研究人员因此受益于独一无二的集成建模软件包,它支持基于图像的模型创建,神经电磁暴露的最佳模拟,支持神经组织的各向异性,以及结合第一个神经功能化虚拟人口(ViP)模型Yoon-sun V4.0 — 以上功能都能在同一平台内完成。

为了响应用户的要求,Sim4Life V5.0还具有各种改进功能,可提高建模效率并进一步突破现实世界模拟复杂性的界限。 亮点包括我们的5G工具包的新功能(波束成形,累积分布函数(CDF),远场品质因数),GUI /模拟树的可用性增加(二级视图,列表,分组,过滤),HPC / GPU扩展, 各种数据分析/后处理增强功能,以及用于更复杂和详细模拟的新功能化韩国ViP V3.1V4.0模型。

新版本包含许多其他功能,改进和错误修复,使您的日常仿真变得更有趣,更有效。 一如既往地非常欢迎各位用戶的反饋!

非结构化LF有限元求解器

非结构化有限元求解器的新套件

  • Sim4Life V5.0 包含多种经过验证的支持HPC功能的有限元求解器,旨在补充已建立的SEMCAD X求解器套件。
  • 新的解算器支持基于message passing interface (MPI)并行化,它基于针对数值矩阵运算的广泛应用的PETSc库,强大的预处理器(例如,来自HYPRE的algebraic-multigrid method - 多重网格方法)和内部开发。它们支持非结构化的混合元素(四面体,棱柱形,壳状物等)。
  • 新的求解器为模拟添加了大量的特性,从而支持非结构化网格(例如,支持局部细化或共形自适应)或所实现的特定求解器(欧姆电流主导的静电,准静电,静磁,准静磁)。
  • 所有新的解算器都配有专用的Python API,允许高级用户进一步自动化流程或执行高级分析。此外,后处理器已经扩展到支持处理和可视化非结构化场的结果以及非均匀和/或各向异性材料属性分布。

新的大规模的网格化套件

  • 为了支持Sim4Life V5.0中新颖的非结构化FEM求解器,开发了大量的网格划分工具,包括基于强大VKI引擎的新型四面体体网格划分器,它能够提供高度复杂的几何结构和CAD结构的网格。
  • 对于打算使用第三方网格的用户(例如,VTK vtu,EXODUS,NASTRAN),Sim4Life V5.0体网格器补充配备了导入工具。此外,2D网格划分器允许创建复杂结构的表面网格,例如神经横截面。
  • 在V5.0中,可以立即获得能够处理例如来自CAD衍生的实体或来自解剖模型的非常复杂的网格的高级网格处理工具。这些包括(i)局部重新网格化工具(局部调整表面或体网格以提高网格质量); (ii)网格细化工具(细化整个网格或子体积); (iii)网状挤出工具(沿轨迹将2D网格挤出成棱柱形/六面体基的细长结构); (iv)薄层插入工具(在网状区域之间的界面处插入薄层)。
  • 网格可以在新创建的网格查看器中可视化,该网格查看器还具有通过多种度量来量化网格质量和快速可视化需要进一步处理的低质量单元位置的功能。

Sim4Life V5.0中的非结构化网格划分和FEM仿真:模拟复杂神经(例如,迷走神经)对电子电刺激的神经电反应,从未如此简单,精确和真实。 2.5D挤压神经刺激模型可以通过挤压神经截面图像来创建,其中填充有任意数量的有髓和无髓纤维。 新的求解器允许模拟神经组织和围绕束(神经束膜)的薄膜的各向异性,例如,以测试神经对来自不同电极和脉冲波形的神经刺激的响应,并优化刺激参数。

神经元动力学模拟

神经模拟增强和性能提升

  • 一些Sim4Life V5.0的新解算器的专用功能与神经调节領域的安全评估和治疗需求保持一致。 这包括对半绝缘薄层和不均匀的各向异性电导率分布的支持。
  • 还实现了专用工具,以允许基于图像的不均匀电导率张量的分配(例如,基于扩散张量成像数据DTI)。
  • Sundt (Sundt et. al., JNP, 2015) 建立的C-fiber model已经实现。
  • 在V5.0中,对包含高度详细和神经功能化的Yoon-sun V4.0模型的暴露和神经调节模拟的支持已得到改进。 感觉和运动神经元神经纤维模型被自动分配到不同的轨迹,并且可以添加神经组织填充。
  • 新版本包括将T-NEURO模拟与后处理分析结果联系起来的可能性,并允许基于任意场分布作为电磁源的神经刺激研究。
  • Sim4Life V5.0中,涉及大量神经元的模拟工作流程的性能得到了极大的改善,这对于模拟全身周围神经系统暴露或具有大量神经元统计学集合的神经模型尤其重要。
  • 对于复杂的情况(全身Yoon-sun V4.0,MRI中的周围神经刺激,数千根在16μm处离散化的纤维),已经实现了超过一个数量级的加速。

扩展的ViP和神经功能化

神经功能化解剖模型

  • Sim4Life V5.0为用户提供两种新的人体解剖ViP模型:韩国女性Yoon-sun V4.0(26岁,1.52米,55千克,2018年12月发布)和韩国男性Jeduk V3.1(33岁 ,1.62米,64.5千克,2019年4月发布)。 Jeduk V3.1具有与其他V3.x ViP型号相同的组织。
  • Yoon-sun和Jeduk都可以调节姿势,并且具有从IT’IS组织属性数据库预先分配的组织材料参数。 Yoon-sun V4.0是第一款下一代ViP模型,用于更复杂和更详细的模拟。 神经,肌肉,静脉和动脉已被分成单独的功能组织。 而且已经生成了神经轨迹,它们被预先分配了用于T-NEURO研究的属性。

介绍新的韩国男性ViP模型Jeduk cV3.1:在这里观看影片

无与伦比的5G仿真工具箱:重要的新功能

波束成形和累积分布函数

  • 由于参数化引擎和数据分析管道的多功能性,Sim4Life V5.0现在可用于定量确定设备在不同操作条件下的运行方式。
  • 现有的参数化扫描功能允许新的Aggregate算法在用户定义的配置范围内收集相控阵天线的品质因数(例如,增益或极化)。 这确保了在扫描整个可用相位/幅度配置的码本时评估在任何空间方向上可以实现的最大增益。
  • 在V5.0中,已经为以球面坐标表示的任何数据集(例如远场量)添加了CDF算法,从而其可以用于评估诸如天线阵列的覆盖能力。

远场的品质因数

  • 对于天线设计工程师来说,V18.0中用于天线模拟的辐射评估器现在提供两个额外的品质因数:前后比和旁瓣水平。

UI增强和性能提升

显著的GUI性能改进和响应

  • 已经进行了大量的工作来重新设计V5.0中的部分UI代码,以显著提高在处理数十万个实体(实体,对象)时建模和模拟树状视图的性能。
  • 对于trees的构建和处理(滚动,多选等),功能区和上下文填充以及选项卡切换(与所选项目的数量无关)而言,UI响应性因此可以从几分钟减少到几分之一秒。
  • V5.0现在还为trees提供了一种新的超快速异步搜索和过滤算法。

在资源管理器TREE中直观的二级TREE视图

  • 为了进一步提高可用性,Sim4Life V5.0中的仿真轮廓视图得到了增强,现在在资源管理器TREE中提供了一个全新的二级TREE视图。
  • 二级TREE视图允许用户直观地构建,监视和管理具有大量组件的复杂Simulation TREE,这要归功于基于共享相同设置的对象的专用分组和可视化的一种分割视图的巧妙方式。

高性能计算和后处理/分析

增强的GPU计算能力

  • 结合最新的AX GPU,HPC库,新版本支持NVIDIA Turing世代GPU架构(支持诸如GeForce RTX 2080的GPU),与以前的架构相比,性能得到显著提升。

最大强度投影

  • Sim4Life V5.0现在包括最大强度投影查看器,可以一目了然地将3D场分布投影到2D平面上进行可视化。 该方法是必不可少的,例如,用于分析场分布以及根据比吸收率(SAR),温度等跟踪局部热点。
  • 通用插值和转换为单元格和点数据(通常用于分析工作流程)的速度提高了至少50倍。

PYTHON 3在未来发布中的可用性

  • 目前包含在Sim4Life中的Python 2.7的生命周期(EOL)日期已宣布为2020年。此外,我们的用户对实施最新的Python 3框架的需求也在不断增长。 为了满足这一需求,我们很高兴地宣布,到2019年底,Sim4Life将支持Python 3。我们正在不懈地研究不同的更新策略,以确保我们的用户能够顺利过渡到更高的Python版本。

发行说明中包含更全面的改进,修复和新功能列表

要体验Sim4Life V5.0的强大和优美或需要更多信息,请发送电子邮件至 s4l-sales@zmt.swiss或致电+41 44 245 9765。

可以在此处下载适用于Win7 / Win8 / 8.1 / Win10 64位平台的相关Sim4Life V5.0安装程序。 拥有最新年度维护和支持计划的现有客户将单独收到有关软件安装程序下载和更新许可证的所有相关信息。

ZMT致力于通过提供卓越的创新软件解决方案,测试设备和服务,使我们的客户能够达到生产力和科学成就的新高度。

Sim4Life Team团队

Sim4Life V5.0中的高级神经刺激研究:在Yoon-sun V4.0中创建个性化神经结构,其中包括有髓和无髓轴突的电生理模型的任意分布。 神经模型可以从组织学横截面图像导出,其可以被网格化以生成3D非结构化网格。 各向异性组织电导率可以分配给例如神经内膜,神经束膜可以被建模为薄的虚拟绝缘层。

 

V5.0中的MRI安全性研究:使用姿势可调的Yoon-sun V4.0神经功能化解剖体模型中950个独立的神经轨迹来切换MRI梯度,从而模拟周围神经刺激(PNS)。 使用电生理感觉和运动纤维,自定义梯度线圈硬件模型和梯度波形,从而运用EM神经元模拟预测PNS(任意身体位置和姿势)的阈值和位置。 与梯度线圈生成器结合使用时,还可以进行梯度线圈优化以降低PNS的风险。

 

Unstructured LF

Sim4Life V5.0中一个无线功率传输(WPT)发射线圈的非结构化有限元仿真的四面体网格:在约束质量界限下的局部细化用于在线附近实现高分辨率的共形网格,同时保持所有单元的良好条件。 在Sim4Life的子套件SEMCAD X Matterhorn V18.0中可以看到相应的影片

 

Unstructured LF Analysis

Sim4Life V5.0中的分析/后处理:由用于为电动车辆充电的发送/接收WPT线圈系统产生的低频磁场。 非结构化FEM解算器还计算在蹲伏在前轮旁边的人体内感应的电场。 图片显示皮肤表面的SAR。

 

Jeduk V3.1

韩国男性ViP模型Jeduk V3.1:详细的肌肉,内脏,周围神经系统和循环系统树(从左到右)的插图。 该模型包括与所有成年男性ViP V3.x模型相同的组织。

 

Posed Jeduk

在Sim4Life V5.0中调节模型姿势:使用Jeduk V3.1中的生物力学FEM Poser工具来考虑不同的现实生活中的姿势。 与韩国女性ViP模型Yoon-sun V3.1一致,头骨和C1之间以及C1和C2之间的颈部关节可以调节,包括向前/向后弯曲和伸展,侧向弯曲和旋转。

 

5G Toolkit

Sim4Life V5.0中的扩展5G工具包:在25 GHz工作的可调5G客户端设备(CPE)基站的辐射方向图和电近场。 在最新的GPU — GeForce RTX 2080上,所有八个独立端口都在几分钟内模拟完成。

 

UI Secondary Tree Toolkit

Sim4Life V5.0中的UI增强:资源管理器树中新的辅助Tree视图允许用户使用数十万个组件轻松直观地构建,监视和管理复杂的模拟树。

 

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