diff --git a/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/generate_meshes.py b/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/generate_meshes.py new file mode 100644 index 0000000..1786137 --- /dev/null +++ b/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/generate_meshes.py @@ -0,0 +1,151 @@ +# gold standard: +# impedance error 0.1% and maximum element size equal +# to mesh size + +import json +import logging +import os +from copy import deepcopy + +import ngsolve +import numpy as np + +import ossdbs + + +def remove_file_handler(logger): + """Remove file handler from logger instance.""" + for h in logger.handlers: + if isinstance(h, logging.FileHandler): + logger.removeHandler(h) + + +def save_input_dict(base_input_dict): + """Save input dictionary for convergence run.""" + input_dict = deepcopy(base_input_dict) + input_dict["OutputPath"] = "./" + + with open( + os.path.join(base_input_dict["OutputPath"], "input_dict.json"), "w" + ) as fp: + json.dump(input_dict, fp, indent=2) + + +BASE_CONTACT = { + "Contact_ID": 1, + "Active": False, + "Current[A]": 0.0, + "Voltage[V]": 0.0, + "Floating": False, +} + +ossdbs.set_logger(logging.INFO) +_logger = logging.getLogger("ossdbs") + +electrode_name = "Medtronic3389" + +with open("oss_dbs_parameters.json") as fp: + base_input_dict = json.load(fp) + + +# add electrode +base_input_dict["Electrodes"][0]["Name"] = electrode_name + +# initially no adaptive refinement +base_input_dict["Mesh"]["AdaptiveMeshRefinement"] = {} +base_input_dict["Mesh"]["AdaptiveMeshRefinement"]["Active"] = False + +# mri image +mri_image, _ = ossdbs.load_images(base_input_dict) +# pathway info +pw = ossdbs.point_analysis.Pathway(base_input_dict["PointModel"]["Pathway"]["FileName"]) +pw.write_netgen_meshsize_file( + meshsize=min(mri_image.voxel_sizes), filename="meshsizes.txt" +) + +# first refinement level: Default +base_input_dict["Mesh"]["MeshingHypothesis"]["Type"] = "Default" +base_input_dict["Mesh"]["MeshingHypothesis"]["MaxMeshSize"] = 1e6 +base_input_dict["OutputPath"] = "Results_PAM_default" +electrodes = ossdbs.api.generate_electrodes(base_input_dict) +brain_model = ossdbs.api.build_brain_model(base_input_dict, mri_image) +try: + geometry = ossdbs.ModelGeometry(brain_model, electrodes) +except RuntimeError: + brain_model = ossdbs.api.build_brain_model( + base_input_dict, mri_image, rotate_initial_geo=True + ) + geometry = ossdbs.ModelGeometry(brain_model, electrodes) + + +solver = ossdbs.api.prepare_solver(base_input_dict) +dielectric_properties = ossdbs.api.prepare_dielectric_properties(base_input_dict) +materials = base_input_dict["MaterialDistribution"]["MRIMapping"] +conductivity = ossdbs.ConductivityCF( + mri_image, + brain_model.brain_region, + dielectric_properties, + materials, + geometry.encapsulation_layers, + complex_data=base_input_dict["EQSMode"], +) + + +with ngsolve.TaskManager(): + volume_conductor = ossdbs.api.prepare_volume_conductor_model( + base_input_dict, geometry, conductivity, solver + ) + print(volume_conductor.mesh.ngsolvemesh.ne) + print("Save material") + volume_conductor.export_material_distribution_to_vtk() + +# refinement level: default and refinement around pathway +base_input_dict["Mesh"]["MeshingHypothesis"]["MeshSizeFilename"] = "meshsizes.txt" +base_input_dict["OutputPath"] = "Results_PAM_default_meshsize" +with ngsolve.TaskManager(): + volume_conductor = ossdbs.api.prepare_volume_conductor_model( + base_input_dict, geometry, conductivity, solver + ) + print(volume_conductor.mesh.ngsolvemesh.ne) + print("Save material") + volume_conductor.export_material_distribution_to_vtk() +# reset mesh size file name +base_input_dict["Mesh"]["MeshingHypothesis"]["MeshSizeFilename"] = "" + + +# fourth refinement: material refinement +base_input_dict["OutputPath"] = "Results_PAM_material_refinement" +with ngsolve.TaskManager(): + volume_conductor = ossdbs.api.prepare_volume_conductor_model( + base_input_dict, geometry, conductivity, solver + ) + # two refinement steps + volume_conductor.refine_mesh_by_material(2) + print(volume_conductor.mesh.ngsolvemesh.ne) + print("Save material") + volume_conductor.export_material_distribution_to_vtk() + +# sixth refinement: more edge refinement +base_input_dict["Mesh"]["MeshingHypothesis"]["Type"] = "Default" +lead_diameter = ossdbs.electrodes.default_electrode_parameters[ + electrode_name +].lead_diameter +perimeter = np.pi * lead_diameter +edge_size = perimeter / 50.0 +print(edge_size) +base_input_dict["Electrodes"][0]["Contacts"][0]["MaxMeshSizeEdge"] = edge_size +base_input_dict["Electrodes"][0]["Contacts"][1]["MaxMeshSizeEdge"] = edge_size +base_input_dict["OutputPath"] = "Results_PAM_fine_edge_refinement" +ossdbs.api.set_contact_and_encapsulation_layer_properties(base_input_dict, geometry) + + +with ngsolve.TaskManager(): + volume_conductor = ossdbs.api.prepare_volume_conductor_model( + base_input_dict, geometry, conductivity, solver + ) + geo = volume_conductor.mesh.ngsolvemesh.ngmesh.GetGeometry() + for edge in geo.shape.edges: + print(edge.name, edge.maxh) + print(volume_conductor.mesh.ngsolvemesh.ne) + print("Save material") + volume_conductor.export_material_distribution_to_vtk() diff --git a/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/oss_dbs_parameters.json b/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/oss_dbs_parameters.json new file mode 100644 index 0000000..cf96a08 --- /dev/null +++ b/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/oss_dbs_parameters.json @@ -0,0 +1,150 @@ +{ + "BrainRegion": { + "Center": {"x[mm]": 13.5035, "y[mm]": -9.49908, "z[mm]": -9.87216}, + "Dimension": {"x[mm]": 60, "y[mm]": 60, "z[mm]": 80}, + "Shape": "Ellipsoid" + }, + "Electrodes": [ + { + "Name": "", + "Rotation[Degrees]": 0.15176099498051523, + "Direction": { + "x[mm]": 0.0, + "y[mm]": 0.0, + "z[mm]": 1.0 + }, + "TipPosition": { + "x[mm]": 12.956271802141353, + "y[mm]": -9.901870551007098, + "z[mm]": -12.01710780157648 + }, + "EncapsulationLayer": { + "Thickness[mm]": 0.0, + "Material": "Gray matter", + "DielectricModel": "ColeCole4", + "DielectricParameters": null, + "MaxMeshSize": 0.1 + }, + "Contacts": [ + { + "Contact_ID": 1, + "Active": false, + "Current[A]": 0.0, + "Voltage[V]": 0.0, + "Floating": true, + "SurfaceImpedance[Ohmm]": {"real": 0.0, "imag": 0.0} + }, + { + "Contact_ID": 2, + "Active": false, + "Current[A]": 0.012, + "Voltage[V]": 0.0, + "Floating": true, + "SurfaceImpedance[Ohmm]": {"real": 0.0, "imag": 0.0} + }, + { + "Contact_ID": 3, + "Active": false, + "Current[A]": -0.004, + "Voltage[V]": 0.0, + "Floating": true, + "SurfaceImpedance[Ohmm]": {"real": 0.0, "imag": 0.0} + }, + { + "Contact_ID": 4, + "Active": false, + "Current[A]": -0.008, + "Voltage[V]": 0.0, + "Floating": true, + "SurfaceImpedance[Ohmm]": {"real": 0.0, "imag": 0.0} + } + ] + } + ], + "Surfaces": [ + {"Name": "BrainSurface", "Active": true, "Current[A]": 0.0, "Voltage[V]": 0.0} + ], + "MaterialDistribution": { + "MRIPath": "../../PAM/segmask.nii.gz", + "MRIMapping": { + "Blood": 4, + "Gray matter": 1, + "White matter": 2, + "CSF": 3, + "Unknown": 0 + }, + "DiffusionTensorActive": false, + "DTIPath": "" + }, + "DielectricModel": {"Type": "ColeCole4", "CustomParameters": null}, + "Mesh": { + "LoadMesh": false, + "LoadPath": "", + "MeshingHypothesis": {"Type": "Default"}, + "HPRefinement": {"Active": false, "Levels": 2, "Factor": 0.125}, + "AdaptiveMeshRefinement": { + "Active": false, + "MaxIterations": 10, + "ErrorTolerance": 0.1 + }, + "MeshSize": {"Edges": {}, "Faces": {}, "Volumes": {}}, + "SaveMesh": false, + "SavePath": "mesh" + }, + "EQSMode": false, + "FEMOrder": 2, + "StimulationSignal": { + "Type": "Rectangle", + "ListOfFrequencies": [10000], + "Frequency[Hz]": 130.0, + "PulseWidth[us]": 30.0, + "PulseTopWidth[us]": 0.0, + "CounterPulseWidth[us]": 0.0, + "InterPulseWidth[us]": 0.0, + "SpectrumMode": "OctaveBand", + "CounterAmplitude": 1.0, + "CutoffFrequency": 250000.0, + "CurrentControlled": true + }, + "Solver": { + "Type": "CG", + "Preconditioner": "local", + "PreconditionerKwargs": {}, + "MaximumSteps": 5000, + "Precision": 1e-10 + }, + "PointModel": { + "Pathway": { + "Active": true, + "FileName": "../../PAM/Allocated_axons.h5", + "ExportField": false + }, + "Lattice": { + "Active": false, + "Center": {"x[mm]": 0, "y[mm]": 0, "z[mm]": 0}, + "Shape": {"x": 10, "y": 10, "z": 10}, + "Direction": {"x[mm]": 0, "y[mm]": 0, "z[mm]": 1}, + "PointDistance[mm]": 0.1, + "CollapseVTA": false, + "ExportField": false + }, + "VoxelLattice": { + "Active": false, + "Shape": {"x": 10, "y": 10, "z": 10}, + "TimeDomain": false, + "ExportField": false + } + }, + "OutputPath": "Results_rh", + "ComputeImpedance": false, + "ExportVTK": true, + "ExportFrequency": null, + "ExportElectrode": false, + "ModelSide": 0, + "CalcAxonActivation": true, + "ActivationThresholdVTA[V-per-m]": 200.0, + "FailFlag": "rh", + "OutOfCore": false, + "PathwayFile": "../../PAM/Allocated_axons_parameters.json", + "StimSets": {"Active": false, "StimSetsFile": null} +} diff --git a/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/visualization_meshes.pvsm b/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/visualization_meshes.pvsm new file mode 100644 index 0000000..26fe405 --- /dev/null +++ b/examples/ConvergenceStudy/FiguresReproducibility/MeshRefinement/visualization_meshes.pvsm @@ -0,0 +1,21824 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 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refinement:" + f"{self.mesh.ngsolvemesh.ne}" + ) + self.refine_mesh_by_material(material_mesh_refinement_steps) + _logger.info( + "Number of elements after material refinement:" + f"{self.mesh.ngsolvemesh.ne}" + ) for computing_idx, freq_idx in enumerate(frequency_indices): frequency = self.signal.frequencies[freq_idx] @@ -1109,3 +1106,10 @@ def _save_report(self, timings: dict): with open(os.path.join(self.output_path, "VCM_report.json"), "w") as fp: json.dump(report, fp) + + def refine_mesh_by_material(self, material_mesh_refinement_steps: int) -> None: + """Check materials and refine mesh if more than one material per element.""" + for _ in range(material_mesh_refinement_steps): + self.mesh.refine_by_material_cf( + self.conductivity_cf.material_distribution(self.mesh) + )