25、高性能计算工具与人体骨骼结构多水平微有限元分析

高性能计算工具与人体骨骼结构多水平微有限元分析

高性能计算迷你研讨会概述

高性能模拟代码的开发是一个具有挑战性的过程，这不仅是因为待模拟现象的复杂性，还由于计算机架构的不断发展和多样化。开发的成功与否取决于获得应用程序功能原型代码以及优化生产版本代码所需的时间。同时，对于模拟代码的开发者和用户来说，充分利用有限的计算资源至关重要。为实现这些目标，往往需要整合来自不同专业领域的算法、模型和计算技术。

迷你研讨会有两个主要目的：
1. 聚焦于当前用于科学计算应用的前沿软件工具和框架。这些先进工具的出现使得更复杂的物理现象得以研究，推动了计算科学领域的发展。该领域涵盖了需要计算机建模解决方案、可移植软件库以及便捷接口或友好框架的科学家、设计师和高端技术开发者。
2. 展示一系列具有挑战性的应用，范围从纳米尺度到宇宙尺度。这些应用对计算资源有很高要求，同时也促进了新技术和工具的发展。

人体骨骼结构多水平微有限元分析

研究背景

骨质疏松症是一种以骨量低和骨微结构恶化为特征的疾病，会增加骨骼脆性和骨折风险，尤其是髋部、脊柱和腕部。全球范围内，女性患骨质疏松性骨折的终身风险接近 40%，男性为 13%。目前，临床医生对患者骨骼质量的预测主要依赖于骨密度的定量分析，但有证据表明骨微结构也起着重要作用。

随着高性能计算机的发展，模拟技术在研究骨骼力学性能和预测患者骨骼强度方面越来越受欢迎。理想情况下，具备优于 50μm 微结构分辨率的系统可实现对患者不同时间和解剖部位的体内测量，但目前此类系统尚未普及。不过，周边部位的分辨率已达到 90 微米，能够观察到单个微结构骨元素。

通过直接体素转换技