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A fast full-wave solver for calculating ultrasound propagation in the body
Indexado
WoS WOS:000599878400006
Scopus SCOPUS_ID:85091014141
DOI 10.1016/J.ULTRAS.2020.106240
Año 2021
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



Therapeutic ultrasound is a promising non-invasive method for inducing various beneficial biological effects in the human body. In cancer treatment applications, high-power ultrasound is focused at a target tissue volume to ablate the malignant tumour. The success of the procedure depends on the ability to accurately focus ultrasound and destroy the target tissue volume through coagulative necrosis whilst preserving the surrounding healthy tissue. Patient-specific treatment planning strategies are therefore being developed to increase the efficacy of such therapies, while reducing any damage to healthy tissue. These strategies require to use high-performance computing methods to solve ultrasound wave propagation in the body quickly and accurately. For realistic clinical scenarios, all numerical methods which employ volumetric meshes require several hours or days to solve the full-wave propagation on a computer cluster. The boundary element method (BEM) is an efficient approach for modelling the wave field because only the boundaries of the hard and soft tissue regions require discretisation. This paper presents a multiple-domain BEM formulation with a novel preconditioner for solving the Helmholtz transmission problem (HTP). This new formulation is efficient at high-frequencies and where highcontrast materials are present. Numerical experiments are performed to solve the HTP in multiple domains comprising: (i) human ribs, an idealised abdominal fat layer and liver tissue, (ii) a human kidney with a perinephric fat layer, exposed to the acoustic field generated by a high-intensity focused ultrasound (HIFU) array transducer. The time required to solve the equations associated with these problems on a single workstation is of the order of minutes. These results demonstrate the great potential of this new BEM formulation for accurately and quickly solving ultrasound wave propagation problems in large anatomical domains which is essential for developing treatment planning strategies.

Revista



Revista ISSN
Ultrasonics 0041-624X

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Disciplinas de Investigación



WOS
Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging
Acoustics
Scopus
Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



Muestra la distribución de colaboración, tanto nacional como extranjera, generada en esta publicación.


Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Haqshenas, S. R. - UCL - Reino Unido
University College London - Reino Unido
2 Gelata, P. - UCL - Reino Unido
University College London - Reino Unido
3 van ’t Wout, Elwin Hombre Pontificia Universidad Católica de Chile - Chile
4 Betcke, Timo Hombre UCL - Reino Unido
University College London - Reino Unido
5 Saffari, N. - UCL - Reino Unido
University College London - Reino Unido

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Origen de Citas Identificadas



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Citas identificadas: Las citas provienen de documentos incluidos en la base de datos de DATACIENCIA

Citas Identificadas: 5.0 %
Citas No-identificadas: 95.0 %

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Citas identificadas: Las citas provienen de documentos incluidos en la base de datos de DATACIENCIA

Citas Identificadas: 5.0 %
Citas No-identificadas: 95.0 %

Financiamiento



Fuente
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica
EPSRC
Engineering and Physical Sciences Research Council
Fondo Nacional de Desarrollo Científico, Tecnológico y de Innovación Tecnológica
CONICYT [FONDECYT]

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Agradecimientos



Agradecimiento
This work was supported by the EPSRC[Grant No. EP/P012434/1] and CONICYT [FONDECYT No. 11160462].
This work was supported by the EPSRC[Grant No. EP/P012434/1] and CONICYT [FONDECYT No. 11160462].

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