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27/10/2020

Sim4Life 重大更新 V6.0

Sim4Life 重大更新 V6.0

ZMT非常高兴地宣布发布Sim4Life V6.0,这是我们针对市场和客户对最新高效的研发功能和增强的合规性评估工具的最新要求给出的解决方案。

亮点:

  • 新的神经传感软件包,将Sim4Life的T-NEURO模块从建模神经刺激扩展为首次模拟异构,各向异性,介电环境中神经活动的可测量信号
  • 用于MRI安全评估的新工具和改进的工作流程

  • 越来越多的新型的和功能化的解剖模型(ViP / ViZoo)

  • 通过导入DASY6/8的WPT模块的测量文件,进行更可靠的无线功率传输(WPT)研发和合规性测试,从而增强了对结果的信心并消除了对WPT设备验证的需要

  • 通过简化的通用表面平均功率密度评估器,大幅提高了速度并改善了5G发射机设计的工作流程,该评估器完全符合IEC / IEEE 63195的最新草案

  • 最快的HPC / CUDA解决方案,可立即获得复杂情况的结果

V6.0版本的其他亮点包括对FDTD/CUDA和非结构化LF FEM求解器的新材料模型的支持,改进的网格器引擎,将Sim4Life API升级到Python 3以及对后处理/可视化的各种改进。

最后,新版本还有新的功能和常规改进以及错误修复,使您的模拟更加有效。

一如既往,欢迎您提供反馈意见!

神经元动力学模拟

新功能:神经感应套件

在Sim4Life V6.0中,T-NEURO模块已从仅对神经刺激建模进行了大幅拓展。 现在,它还使您能够准确有效地处理神经感应—由神经活动产生的可测量电信号的模拟:

  • 示例:局部场势,复合动作电势(CAP),脑电图(EEG)和皮质电图(ECoG)记录。在生物电子医学,深部脑刺激(DBS)和其他应用中,神经刺激和神经传感也被结合起来用于闭环控制。

  • 现在,T-NEURO远远优于依赖于强大简化方法的现有方法,例如线信号源近似或四球模型—特别是当相关的解剖环境包含多个组织和介电异质性时。

  • 在Sim4Life中将对感应电极施加电流而产生的场的电磁(EM)模拟与神经元动力学模拟相结合时,T-NEURO现在可以计算跨膜电流并使用广义互易定理来预测可测量的结果信号[1]。

  • Sim4Life V6.0可以处理任何异构的各向异性介电环境模型,包括最复杂的解剖学表示,从而为任意感应电极的形状和位置预测源自分布式神经源的可测量信号。

[1] 庞西,罗伯特。 “互惠适用于体积导体和心电图。” IEEE Transactions on Bio-medical Electronics 10.1(1963):9-12。

在Sim4Life V6.0中引入新的神经感应软件包:在此处观看影片 

v60 neuro 2Sim4Life V6.0的CAD建模功能可用于创建带有分支,轴突和电极的分支周围神经纤维的几何形状—嵌入高分辨率的ViP模型中。

v60 neuro 3Sim4Life V6.0现在支持神经纤维的刺激和感知:直径不同的两种纤维分为神经的每个分支,从而影响沿该分支测量的复合动作电位的波形和延迟。

基于Hessian的神经激活量预测

Sim4Life V6.0 添加了Hessian计算器,作为在人体解剖结构复杂性内研究电神经刺激的另一强大工具:

  • 新的计算器可以有效地计算Hessian矩阵并将其分解为特征值和特征向量,从而提供与激活函数概念[2]等效的3D广义,最佳/最坏情况,它是尖峰启动位置的强大预测器和刺激阈值的估算器。
  • 有关沿任意(纤维)方向的最大电势曲率的信息可以可视化为切片视图或等值面,而其对应特征向量的图(表示相关方向)则可以可视化为矢量图。
  • Sim4Life V6.0中的Hessian计算器已与处理组织界面介电特性差异引起的神经刺激的新方法相结合,首次将激活功能的概念从神经生理学的角度扩展到了多组织解剖结构。  

[2] 拉泰,弗兰克。 (1999)。 电刺激神经系统的基本机制。 神经科学。 89. 335-46。

v60 neuro 3Hessian算法的输出的说明性图像,应用于解剖学人体头部模型中的DBS植入物的刺激。 显示了最大特征值分布的切片视图,以及相应特征向量图的场图和用于量化剂量的引线有效触点周围最大特征值的阈值等值面。

MRI 安全评估

去年12月,ZMT的IMAnalytics评估工具和IT'IS的场数据库MRIxViP1.5T/3.0T成为了FDA批准的首个计算建模医疗设备开发工具(MDDT)。从那时起,我们一直在不断添加新工具(目前正在FDA审查中)并改善工作流程。 

用于植入物引线路径的新工具 

  • Sim4Life V6.0中,添加了新的图形用户界面(GUI)/建模工具和Python函数,以支持创建植入物引线轨迹,包括用于平滑连接样条线的工具和在用户定义的位置使用给定的半径和朝向创建样条线环的UI工具。

新的CAD投影工具 

  • Sim4Life V6.0包含一个新的建模工具,该工具可以将多个实体区域(CAD组件,例如电极或设备零件)投影到目标表面上。 在其他应用中,此新工具对于在解剖模型中将设备放置在皮肤或器官/组织表面上非常有用。 该工具已在IT’IS ViP模型上进行了全面测试。
  • 用户界面生成零件放置位置的即时预览,并提供一个交互式小部件来更改零件的朝向。
  • 可以通过Sim4Life的Python API进行表面投影,并受其他Python API扩展的支持。
      

v60 cad proj 1Sim4Life V6.0中的新表面投影工具允许在弯曲表面上投影模型实体。 将适用于毫米波频率范围内的体外应用的一款5x5微带贴片阵列投影到Duke ViP模型后背的详细视图。 该映射旨在最大程度地减少失真:它可以理想地保留长度和角度。

扩展的ViZoo和ViP手部模型库

新的功能化动物和人类解剖模型

  • Sim4Life V6.0建模器可以充分利用新发布的猴子模型Miss Able V3.0(对350多个组织的详细分割),该模型扩展了ViZoo系列,并为周围神经系统(PNS)提供了前所未有的细节,包括颅神经和肋间神经,以及臂,腰和骶丛的所有主要神经。
  • 新的猴子模型的姿态可以调整,即可以在Sim4Life的Poser工具中修改手臂,腿,头,嘴,脊椎和尾巴的姿势。
  • 该模型对于动物实验研究具有独特的细节,并且有望与人类模型一起对计算神经电生理学研究产生重大影响。

v60 ViP monkey 1Sim4Life V6.0中的Miss Able V3.0:第一个具有详细神经分割的雌性恒河猴猕猴模型。

  • 此外,Sim4Life V6.0现在提供了专用的ViP手库,该库由12个右手和前臂的一部分组成。

  • 这些局部模型基于人类ViP模型V3.x,并且可以调整姿态,即可以在Sim4Life的Poser工具(预设的姿态是手掌张开且平坦)中修改整个手和每个手指的姿势。所有模型均与IT’IS组织特性数据库完全兼容。

v60 ViP hands 1新的专用ViP手库,包括12个右手和前臂的一部分。

借助5G仿真工具箱始终保持最新状态

mmWAVE合规性评估:功率密度评估器

Sim4Life V6.0中,对功率密度(PD)评估器进行了彻底地修订,并统一为一种强大的后处理算法:

  • 新的PD算法取代了现有的PD算法,并且完全符合最新的IEC/IEEE 63195草案,无论是在平坦表面还是弯曲表面上。

  • 得益于更高效的工作流程以及简化的数据结构和流水线,功率密度评估现在显著加快(多达100倍)。

  • 根据IEC/IEEE 63195,在计算表面平均值之前,首先将EM场数据插值到离散化的评估表面上。此离散化是动态创建的,其分辨率可以轻松控制。

  • PD算法可以处理cDASY6/8 mmWave/ICEy mmWave/Sim4life/SEMCADX中的数据。最好的暴露评估产品之间的互操作性从未如此之高!

使用SEMCAD X V19.0和DASY6 的mmWave 2.2模块对5G设备进行暴露评估:在此处观看影片 

v60 mmW 1Sim4Life V6.0中的mmWave合规性评估:mmW-HEAD-P10头部模型上配备了5G NR FR2天线阵列的手机辐射的表面平均功率密度。

v60 mmW 2
Sim4Life V6.0’s 的5G工具箱正在发挥作用:使用波束成形模拟25 GHz CPE路由器的入射功率密度。

WPT 合规性评估

与DASY6/8模块WPT和MAGPy的互操作性

  • 现在可以将使用DASY6/8模块WPT通过MAGPy探针测量的磁场导入Sim4Life V6.0中,并用于模拟导电体模内的感应电场和峰值空间比吸收率(SAR)。
  • 模拟和分析过程是完全自动化的,并且只需简单地拖放测量文件,提供WPT暴露水平的简要摘要。
  • 所有模拟设置均易于使用,可以轻松更改以探索不同的场景并了解它们如何影响暴露水平。
  • 测量和仿真系统之间的这种无缝集成通过利用共享的软件基础架构实现了最佳组合。

v60 wpt 1模拟ViP模型Ella的手中由一个Chi WPT线圈的感应电流导致的SAR,并使用DASY6/8模块WPT把磁场测量结果从MAGPy探头无缝导入Sim4Life V6.0。

非结构化LF FEM解算器–网格器增强

基于八叉树的网格器

  • 我们强大的基于八叉树的网格划分解决方案现在支持细化区域,细化区域定义了要求更高细化的区域。 为了在大型网格划分任务中获得流畅的用户体验,我们将网格划分过程移至辅助线程。
  • Sim4Life V6.0中添加了新的布尔运算。 “合并”操作可用于从2D轮廓/覆盖区域创建多材料2D模型。 对于必须将电极与人体组织三角形网状实体共形地划分网格的情况,已添加了新的类似于盖印的布尔操作,从而可在目标上创建贴片。
  • 基于对我们的从2D(3D切片)分割生成自适应三角形网格的“图像切片网格划分”工具的大量反馈,我们决定将相同的自动化尺寸调整合并到“局部表面重新划分网格”工具中。
v60 meshing 1
正在运行的Sim4Life V6.0中“局部表面重新划分”工具中新的“自动尺寸调整”。 它估计间隙大小,以便局部地调整网格大小来为间隙生成用户指定数量的元素。

解算器/材料模型:重要的新功能

各向异性材料模型

EM FDTD CUDA 解决方案

  • Sim4Life V6.0为EM FDTD CUDA加速求解器提供了各向异性材料的支持。相对介电常数和电导率可以指定为各向异性,并通过相应张量的对角元素输入。
  • 借助对EM FDTD CUDA加速求解器的各向异性材料的支持,V6.0支持用户使其应用程序适应任何实际场景。

EM LF 有限元求解器 

  • Sim4Life V6.0 添加了一组重要的工具来创建各向异性电导率分布,这在低频情况下尤其重要,此时纵向电导率可以比横向电导率高十倍(例如,在神经组织中)。
    这对于例如与神经相关的仿真非常重要,在这类仿真中,通常需要分配沿着脊髓,脊神经根或周围神经的各向异性电导率值。
v60 anisotropic 1
Sim4Life V6.0 的新的各向异性电导率张量工具[此处插入链接]允许分配定向的,在空间上变化的电导率。 在这里,一个使用Dirichlet边界条件的初步扩散模拟用来确定神经纤维束中每个束的主轴,并作为新工具的输入。

表面阻抗边界条件的损耗

  • Sim4Life V6.0 现在支持在表面阻抗边界条件(SIBC)中计入损耗。
  • 通过专门的报告告知用户SIBC表面吸收的功率——现在SIBC损耗已完全集成到整体功率平衡的计算中。

生产力和性能工具

改进的基于CUDA的EM解算器性能

  • 所有基于FDTD/CUDA的EM解算器都经过了重构和大量优化。

  • Sim4Life V6.0现在支持在Volta和Turing GPU架构(V10.2 CUDA工具包的设备代码)上运行仿真。

  • V6.0大大提高了基于CUDA的求解器的计算性能。 在某些情况下,可以实现2倍的加速(CUDA内核中的内存访问得到改善;整数精度的调整)。

API 升级到 PYTHON 3

  • Sim4Life V6.0的API现在默认使用Python 3。这使得安装来自科学计算社区的现代软件包或在应用之间共享脚本和模块变得更加容易。该API的旧版Python 2.7版本仍可根据需求下载。
  • 现在可以通过编程方式使用整个Sim4Life API,而无需启动GUI。 例如,熟悉Jupyter笔记本的用户现在可以在不离开笔记本的情况下创建,运行和后期处理Sim4Life仿真。
  • 得益于专用的插件,Sim4Life的Python脚本现在可以在Visual Studio Code(一种流行且功能强大的集成开发环境(IDE))中编写,执行和调试。 现在,开发与Sim4Life交互的现代程序比以往任何时候都更加容易!

v60 jupyter 1通过使用Jupyter笔记本执行和分析的数百次仿真,在Sim4Life V6.0中对WPT暴露进行参数研究。

分析与可视化

  • V6.0中添加了一个新的时尚选项,用于从切面场查看器中对模型进行切片。它生成(选定的)模型部分的横截面可视化结果,以轮廓或填充区域的形式显示,并覆盖场的可视化结果。 这个新的扩展[此处添加链接]通过显示与模型区域有关的场分布,帮助您与其他人交流见解。

  • Sim4Life V6.0中的分析现在支持导入3D医学图像格式,包括Nifty,Analyze,UNC Metaheader和其他常用格式(例如,还允许导入矢量或张量分量图像)。这对于在LF EM求解器中分配患者特定的各向异性电导率分布非常有用,例如用于对大脑暴露和刺激应用进行建模。

v60 slicefield 1
Sim4Life V6.0, 中,新的可视化选项已添加到“切面场查看器”中,以对选定的模型实体进行切片并可视化其轮廓(或填充区域)以便叠加到场分布上。此新选项使对场结果的解释更加直观。

发行说明中包含了更全面的改进,新功能和修复的列表。

要体验Sim4Life V6.0的强大功能或要了解更多信息,请通过s4l-sales@zmt.swiss给我们发送电子邮件或致电+41 44 245 9765。

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

IMPORTANT: Sim4Life V6.0 now includes the new Flex tools (upgrade to 11.17.1) thus, we kindly request all our users installing this version to uninstall their current license servers and reinstall the license using Sim4Life V6.0 "Install License" tool under "Licensing Tools" in Start menu.

在ZMT,我们致力于为客户提供最具创新性的软件解决方案,测试设备和服务。

Sim4Life团队

 

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