|
|
Evolutionary Design of Ultrasound Treatment Plans
Masárová, Mária ; Sekanina, Lukáš (referee) ; Jaroš, Jiří (advisor)
Použitie zameraného ultrazvuku pomáha zachraňovať a uľahčovať ľudské životy, nakoľko práve jeho využitím môžeme liečiť epilepsiu, ničiť rakovinové bunky a zastavovať vnútorné krvácanie neinvazívnou cestou, ktorá predstavuje pre človeka prijateľnejšie a bezpečnejšie riešenie. Vzhľadom na to, že bezpečnosť a zdravie človeka je prioritou pri liečení závažných ochorení, sa táto práca zaoberá porovnaním rôznych evolučných algoritmov a ich použitím pri návrhu evolučných ultrazvukových operačných plánov. V práci sa využívajú dva typy médií, a to homogénne médium a heterogénne médium. Pri vyhodnocovaní algoritmov sa zameriavame na efektivitu s ohľadom na veľkosť populácie, počet evaluácií fitness funkcie a výpočetný čas. V homogénnom médiu sa ako najlepší algoritmus ukázal CMA-ES, ktorý v priebehu 20 sekúnd dokázal nájsť optimálne riešenie so 100% pokrytím cieľovej oblasti pre rotované zrnko ryže. Heterogénne médium je ale oveľa zložitejší problém, predovšetkým kvôli lebke, ktorá odráža a pohlcuje veľkú časť ultrazvuku. Tu sa ako najlepší preukázal algoritmus SA, ktorý našiel výsledok s 23% pokrytím cieľovej oblasti v prvom testovacom scenári. Doba výpočtu trvala približne 1 hodinu a 18 minút, čo značí že je čas veľmi znemožňujúci ("drahý") faktor.
|
|
|
Large-scale Ultrasound Simulations using Accelerated Clusters
Vaverka, Filip ; Boehm, Christian (referee) ; Říha, Lubomír (referee) ; Jaroš, Jiří (advisor)
Efektivní využití akcelerovaných HPC clusterů je obzvlášť závislé na efektivitě komunikace použitých algoritmů. Tato práce se tedy věnuje přezkoumání pseudo-spektrálních algorimů používaných pro řešení vlnových problémů převážně v oblasti medicínského ultrazvuku s cílem umožnit jejich běh na akcelerovaných strojích. Je ukázáno, že doménová dekompozice je preferovaný způsob dosažení daného cíle, jelikož řada alternativních přístupů vykazuje výrazně horší numerické vlastnosti. Na základě tohoto přístupu a k-Wave modelu ultrazvuku, široce používaného v medicíně, je navržen nový simulační algoritmus. Následnými experimenty je ukázáno, že tento přístup dosahuje až 7.5x zrychlení a dosahuje téměř perfektního slabého škálování až do 512 GPU akcelerovaných uzlů. Zároveň toto řešení umožňuje plné využití výpočetních uzlů s několika GPU akcelerátory a pokročilým propojením jako je NVIDIA DGX-2 s NVLink. Tato metoda také nabízí možnost flexibilní volby mezi přesností a efektivitou. Volbou hloubky překryvu subdomén lze dosáhnout jak přesnosti srovnatelné s původní k-Space metodou, tak i maximalizovat výkon při zachování dostatečné přesnosti.
|
|
|
Visualisation of Ultrasound Propagation in Human Body
Klepárník, Petr ; Jaroš, Jiří (referee) ; Španěl, Michal (advisor)
This work deals with the 2D and 3D visualization of simulation outputs from the k-Wave toolbox. This toolbox, designed to accurately model the propagation of ultrasound waves in the human body, usually generates immense amounts of output data (up to hundreds of GB). That is why new methods for both the visualization and the effective data representation are necessary to be developed to help users to easily understand the simulation results. This thesis elaborates on the data format, simulation outputs are stored in, with the use of the HDF5 library and looking for the best way to quickly read the simulation data. Finally, the thesis presents the design and the implementation of the console-based application for big simulation data pre-processing and the GUI-based application for interactive visualization of the pre-processed data. The most significant features of these applications are downsampling data, changing the format of storing, viewing 2D sections, planar and volumetric visualization and animation of the simulation process. The proposed implementation allows parts of the simulation domain to be visualised within tens of milliseconds even if the simulation domain comprises GBs of data - This significantly streamlines the work of scientists and clinicians in the field of HIFU.
|
|
|
Evolutionary Design of Ultrasound Treatment Plans
Masárová, Mária ; Sekanina, Lukáš (referee) ; Jaroš, Jiří (advisor)
Použitie zameraného ultrazvuku pomáha zachraňovať a uľahčovať ľudské životy, nakoľko práve jeho využitím môžeme liečiť epilepsiu, ničiť rakovinové bunky a zastavovať vnútorné krvácanie neinvazívnou cestou, ktorá predstavuje pre človeka prijateľnejšie a bezpečnejšie riešenie. Vzhľadom na to, že bezpečnosť a zdravie človeka je prioritou pri liečení závažných ochorení, sa táto práca zaoberá porovnaním rôznych evolučných algoritmov a ich použitím pri návrhu evolučných ultrazvukových operačných plánov. V práci sa využívajú dva typy médií, a to homogénne médium a heterogénne médium. Pri vyhodnocovaní algoritmov sa zameriavame na efektivitu s ohľadom na veľkosť populácie, počet evaluácií fitness funkcie a výpočetný čas. V homogénnom médiu sa ako najlepší algoritmus ukázal CMA-ES, ktorý v priebehu 20 sekúnd dokázal nájsť optimálne riešenie so 100% pokrytím cieľovej oblasti pre rotované zrnko ryže. Heterogénne médium je ale oveľa zložitejší problém, predovšetkým kvôli lebke, ktorá odráža a pohlcuje veľkú časť ultrazvuku. Tu sa ako najlepší preukázal algoritmus SA, ktorý našiel výsledok s 23% pokrytím cieľovej oblasti v prvom testovacom scenári. Doba výpočtu trvala približne 1 hodinu a 18 minút, čo značí že je čas veľmi znemožňujúci ("drahý") faktor.
|
|
|
Visualisation of Ultrasound Propagation in Human Body
Klepárník, Petr ; Jaroš, Jiří (referee) ; Španěl, Michal (advisor)
This work deals with the 2D and 3D visualization of simulation outputs from the k-Wave toolbox. This toolbox, designed to accurately model the propagation of ultrasound waves in the human body, usually generates immense amounts of output data (up to hundreds of GB). That is why new methods for both the visualization and the effective data representation are necessary to be developed to help users to easily understand the simulation results. This thesis elaborates on the data format, simulation outputs are stored in, with the use of the HDF5 library and looking for the best way to quickly read the simulation data. Finally, the thesis presents the design and the implementation of the console-based application for big simulation data pre-processing and the GUI-based application for interactive visualization of the pre-processed data. The most significant features of these applications are downsampling data, changing the format of storing, viewing 2D sections, planar and volumetric visualization and animation of the simulation process. The proposed implementation allows parts of the simulation domain to be visualised within tens of milliseconds even if the simulation domain comprises GBs of data - This significantly streamlines the work of scientists and clinicians in the field of HIFU.
|
guest ::
