|
|
Evolutionary Design of Ultrasound Treatment Plans
Masárová, Mária ; Sekanina, Lukáš (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
The use of focused ultrasound helps save and facilitate human lives, as it can be used to treat epilepsy, destroy cancer cells and stop internal bleeding in a non-invasive way, which is a more acceptable and safer solution for humans. Given that human safety and health is a priority in the treatment of serious diseases, this work deals with the comparison of different evolutionary algorithms and their use in the design of evolutionary ultrasound treatment plans. Two types of media are used in this work, namely homogeneous medium and heterogeneous medium. When evaluating algorithms, we focus on efficiency with respect to the size of the population, number of fitness function evaluations and computational time. In a homogeneous medium, CMA-ES proved to be the best algorithm, which was able to find the optimal solution with a 100% coverage of the target area for a rotated grain of rice within 20 seconds. However, the heterogeneous medium is a much more complex problem, mainly due to the skull, which reflects and absorbs much of the ultrasound. Here, the SA algorithm proved to be the best, finding the result with a 23% coverage of the target area in the first test scenario. The calculation time took about 1 hour and 18 minutes, which means that time is a very prohibitive factor.
|
|
|
Large-scale Ultrasound Simulations using Accelerated Clusters
Vaverka, Filip ; Boehm, Christian (oponent) ; Říha, Lubomír (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
Efficient utilization of accelerated HPC clusters is particularly sensitive to communication efficiency of deployed algorithms. In this thesis, we reexamine pseudo-spectral solvers for wave-like problems in medical ultrasonics to allow their deployment on these machines. The domain decomposition is shown to be a preferable approach to improving data locality of these solvers as a range of suitable alternative discretizations exhibited considerably worse numerical properties. The local Fourier basis domain decomposition is then used to construct a novel solver based on the state of the art model for ultrasound in medicine -- k-Wave. We show that this approach is up to 7.5x faster and achieves almost perfect weak-scaling up to 512 GPU accelerated nodes, while being able to take full advantage of advanced GPU interconnects such as NVLink in NVIDIA DGX-2 multi-GPU nodes. The method offers flexible accuracy--efficiency trade off, which allows to nearly match accuracy of the global k-Space method or maximize performance at sufficient accuracy by subdomain overlap scaling.
|
|
|
Vizualizace šíření ultrazvuku v lidském těle
Klepárník, Petr ; Jaroš, Jiří (oponent) ; Španěl, Michal (vedoucí práce)
Tato práce se věnuje 2D a 3D vizualizaci výstupů softwarového balíku k-Wave, který slouží k simulaci šíření ultrazvuku v lidském těle. Balík k-Wave běžně generuje specifická výstupní data nadměrných velikostí (v řádu desítek GB), proto je třeba řešit předzpracování těchto dat. Vizualizace těchto dat má za cíl usnadnit uživatelům zkoumání výsledků simulace. Práce se odvíjí od formátu simulačních dat - HDF5, hledá nejvhodnější způsob pro rychlé čtení těchto dat. Hlavní částí práce je návrh a popis implementace konzolové aplikace pro předzpracování rozměrných simulačních výstupů z k-Wave a aplikace s grafickým uživatelským rozhraním pro interaktivní zobrazování předzpracovaných dat. Nejpodstatnějšími funkcemi těchto aplikací je podvzorkování dat, změna formátu jejich uložení, zobrazování 2D řezů, planární a volumetrické zobrazení, animace průběhu simulace. Navržená implementace umožňuje průchod vizualizovanou doménou o velikosti jednotek GB s latencí v řádu ms - toto významně zefektivňuje práci vědcům a lékařům v oblasti HIFU.
|
|
|
Evolutionary Design of Ultrasound Treatment Plans
Masárová, Mária ; Sekanina, Lukáš (oponent) ; Jaroš, Jiří (vedoucí práce)
The use of focused ultrasound helps save and facilitate human lives, as it can be used to treat epilepsy, destroy cancer cells and stop internal bleeding in a non-invasive way, which is a more acceptable and safer solution for humans. Given that human safety and health is a priority in the treatment of serious diseases, this work deals with the comparison of different evolutionary algorithms and their use in the design of evolutionary ultrasound treatment plans. Two types of media are used in this work, namely homogeneous medium and heterogeneous medium. When evaluating algorithms, we focus on efficiency with respect to the size of the population, number of fitness function evaluations and computational time. In a homogeneous medium, CMA-ES proved to be the best algorithm, which was able to find the optimal solution with a 100% coverage of the target area for a rotated grain of rice within 20 seconds. However, the heterogeneous medium is a much more complex problem, mainly due to the skull, which reflects and absorbs much of the ultrasound. Here, the SA algorithm proved to be the best, finding the result with a 23% coverage of the target area in the first test scenario. The calculation time took about 1 hour and 18 minutes, which means that time is a very prohibitive factor.
|
|
|
Vizualizace šíření ultrazvuku v lidském těle
Klepárník, Petr ; Jaroš, Jiří (oponent) ; Španěl, Michal (vedoucí práce)
Tato práce se věnuje 2D a 3D vizualizaci výstupů softwarového balíku k-Wave, který slouží k simulaci šíření ultrazvuku v lidském těle. Balík k-Wave běžně generuje specifická výstupní data nadměrných velikostí (v řádu desítek GB), proto je třeba řešit předzpracování těchto dat. Vizualizace těchto dat má za cíl usnadnit uživatelům zkoumání výsledků simulace. Práce se odvíjí od formátu simulačních dat - HDF5, hledá nejvhodnější způsob pro rychlé čtení těchto dat. Hlavní částí práce je návrh a popis implementace konzolové aplikace pro předzpracování rozměrných simulačních výstupů z k-Wave a aplikace s grafickým uživatelským rozhraním pro interaktivní zobrazování předzpracovaných dat. Nejpodstatnějšími funkcemi těchto aplikací je podvzorkování dat, změna formátu jejich uložení, zobrazování 2D řezů, planární a volumetrické zobrazení, animace průběhu simulace. Navržená implementace umožňuje průchod vizualizovanou doménou o velikosti jednotek GB s latencí v řádu ms - toto významně zefektivňuje práci vědcům a lékařům v oblasti HIFU.
|
host ::
RSS.