不均質異方性大規模ボクセルモデル内低周波電磁界の数値計算法に関する研究

• 研究課題/領域番号: 25390153
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計算科学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 濱田 昌司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20246656)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 計算物理 / 電磁界解析 / 誘導電流 / モーメント法 / ボクセル / 異方性 / 低周波 / 高速多重極法 / 電磁界計算 / 導電率 / 不均質媒質 / 境界要素法

研究成果の概要

不均質な異方性を有する大規模ボクセルモデル内の低周波電磁界解析手法として、ボクセルモデル用静的モーメント法を開発した。解析解との比較などを通じ妥当性検証にも成功した。提案法はボクセルモデル用間接境界要素法との併用が可能で、両手法共に高速多重極法と高速フーリエ変換とを用いて、高速大容量計算に向く計算法として整備した。人頭部の磁気共鳴画像と拡散テンソル画像から形状情報と導電率テンソル情報を抽出してボクセルモデルを作成した。このモデルを用い、外部磁界印加時の誘導電流・電界を計算し、妥当な結果を得た。約2億未知数の異方性頭部モデルを、PCを用いて約83分で求解でき、本手法の高速大容量性能が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Electrostatic field analysis of anisotropic conductive media using voxel-based static method of moments with fast multipole method (2016)
  • 著者名/発表者名: Shoji Hamada
  • 雑誌名: European Journal of Computational Mechanics 巻: 1 ページ: 1-1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Voxel-based Analysis of Electrostatic Fields in Virtual-human Model Duke using Indirect Boundary Element Method with Fast Multipole Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Shoji Hamada
  • 雑誌名: CMES: Computer Modeling in Engineering & Sciences 巻: 102 ページ: 407-424
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Performance comparison of three types of GPU-accelerated indirect boundary element method for voxel model analysis (2013)
  • 著者名/発表者名: Shoji Hamada
  • 雑誌名: International Journal of Numerical Modelling: Electronic Networks, Devices and Fields 巻: 26 号: 4 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1002/jnm.1883
  • 査読あり
• [学会発表] 近傍場計算に3D-FFTを併用するボクセルモデル用高速多重極静的MoM (2015)
  • 著者名/発表者名: 濱田昌司
  • 学会等名: 平成27年電気学会A部門大会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 2015-09-18
• [学会発表] Electrostatic Field Analysis in Anisotropic Conductive Media Using a Voxel-based Static Method of Moments (2015)
  • 著者名/発表者名: Shoji Hamada
  • 学会等名: International Conference on Boundary Element and Meshless Techniques XVI
  • 発表場所: Valencia, Spain
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] 近傍場計算に3D-FFTを併用するボクセルモデル用高速多重極表面電荷法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 濱田昌司
  • 学会等名: 平成27年電気学会全国大会
  • 発表場所: 東京都市大学
  • 年月日: 2015-03-24 – 2015-03-26
• [学会発表] A voxel-based electrostatic field analysis for the virtual-human model Duke using the indirect boundary element method With a GPU-accelerated fast multipole method (2014)
  • 著者名/発表者名: Shoji Hamada
  • 学会等名: 37th International Conference on Boundary Elements and other Mesh Reduction Methods (BEM/MRM 37)
  • 発表場所: New Forest, Hampshire, UK
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-10
• [学会発表] ボクセルモデル用表面電荷法によるポテンシャルに不定性を有する問題の取り扱いに関する検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 濱田昌司
  • 学会等名: 平成26年電気学会基礎・材料・共通部門大会
  • 発表場所: 信州大学
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-22
• [学会発表] Voxel-Based Analysis of Electrostatic Fields in Virtual-Human Model Duke using Indirect Boundary Element Method with Fast Multipole Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Shoji Hamada
  • 学会等名: International Conference on Boundary Element and Meshless Techniques XV (BeTeq 2014)
  • 発表場所: Grand Hotel Baglioni, Florence, Italy
  • 年月日: 2014-07-15 – 2014-07-17
• [学会発表] ボクセルモデル用表面電荷法によるVirtual family Duke モデル内電界計算 (2014)
  • 著者名/発表者名: 濱田昌司
  • 学会等名: 平成26年電気学会全国大会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [学会発表] 導電率異方性を持つ簡易頭部ボクセルモデル内の電界計算法の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 濱田昌司
  • 学会等名: 平成25年電気学会基礎・材料・共通部門大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [図書] 高電圧工学（第9章 電界解析手法） (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本修・濱田昌司・竹野裕正・上野秀樹・馬場吉弘・藤井治久
  • 総ページ数: 235
  • 出版者: オーム社