Detail publikace

Accelerating Two-Dimensional k-Wave Ultrasound Simulations Through Pruned FFT: A Treatment Planning Optimisation

OLŠÁK, O.; BAYER, D.; JAROŠ, J. Accelerating Two-Dimensional k-Wave Ultrasound Simulations Through Pruned FFT: A Treatment Planning Optimisation. Computational Science - ICCS 2025 Workshops. Lecture Notes in Computer Science, vol 15908. Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2025. p. 67-82. ISBN: 978-3-031-97557-8.
Název česky
Akcelerace dvourozměrných k-Wave ultrazvukových simulací prostřednictvím prořezané FFT: Optimalizace plánování léčby
Typ
článek ve sborníku konference
Jazyk
anglicky
Autoři
Olšák Ondřej, Ing. (UPSY)
Bayer David, Ing. (FIT)
Jaroš Jiří, prof. Ing., Ph.D. (UPSY)
Klíčová slova

Prořezaná rychlá Fourierova transformace, Simulace ultrazvuku, Simulace šíření
vln, k-Wave, Pseudo-spektrální metody

Abstrakt

Simulace šíření vln jsou základním nástrojem v mnoha vědeckých a medicínských
oblastech. Jejich výpočetní nároky jsou však značné obzvláště při simulacích
s vysokým rozlišením simulační domény, a to zejména v medicíně, kde je klíčové
přesné zobrazení různých geometrií tkání. Tento článek představuje nový přístup
k zrychlení 2D simulací šíření vln v nástroji k-Wave. Naše metoda se zaměřuje na
optimalizaci výpočtů Fourierovy transformace prostřednictvím prořezávání spektra.
Využíváme propagátor akustického pole spolu s bisection pruning algoritmem pro
odhad pozice spektrálních koeficientů. Díky těmto optimalizacím náš přístup
dosahuje významného zrychlení až 1,8 pro velké simulační domény. Experimentální
ověření na simulacích lékařského ultrazvuku ukazuje, že navrhovaná metoda
dosahuje v ohnisku akustického tlaku chybu bodu pod 1% s minimálními posuny
pozice ohniska, zatímco  ve velkých doménách odstraňuje až 90%  koeficientů
spektra. To vede k redukci simulačního času až na polovinu v případě velkých
simulačních domén. Ačkoli se navrhovaná metoda primárně zaměřuje na zrychlování
simulací šíření vln v nástroji k-Wave, mohla by být obecně aplikována na problémy
šíření vln.

Rok
2025
Strany
67–82
Sborník
Computational Science - ICCS 2025 Workshops
Řada
Lecture Notes in Computer Science, vol 15908
Konference
25th International Conference on Computational Science, Singapore, SG
ISBN
978-3-031-97557-8
Vydavatel
Springer Nature Switzerland AG
Místo
Cham
DOI
10.1007/978-3-031-97557-8_6
BibTeX 
@inproceedings{BUT193778,
  author="Ondřej {Olšák} and David {Bayer} and Jiří {Jaroš}",
  title="Accelerating Two-Dimensional k-Wave Ultrasound Simulations Through Pruned FFT: A Treatment Planning Optimisation",
  booktitle="Computational Science - ICCS 2025 Workshops",
  year="2025",
  series="Lecture Notes in Computer Science, vol 15908",
  pages="67--82",
  publisher="Springer Nature Switzerland AG",
  address="Cham",
  doi="10.1007/978-3-031-97557-8\{_}6",
  isbn="978-3-031-97557-8",
  url="https://www.fit.vut.cz/research/publication/13333/"
}
Soubory
Nahoru