Detail práce
Simulace šíření ultrazvuku v kostech
Odhaduje sa, že v roku 2012 sa objavilo celosvetovo neuveriteľných 14.1 milióna nových prípadov rakoviny. Toto číslo je alarmujúce. Napriek tomu, že zdravý životný štýl môže zredukovať riziko vzniku rakoviny, vždy existuje istá pravdepodobnosť, že sa rakovina objaví aj u úplne zdravého jedinca. Na úspech liečenia rakoviny majú vplyv najmä dva faktory. Po prvé - včasná diagnostika je absolútne nevyhnutná, po druhé - musí existovať vhodná operačná metóda na odstránenie poškodeného tkaniva. V obidvoch prípadoch má ultrazvuk veľký potenciál ako neinvazívna metóda. Fotoakustická spektroskopia je zobrazovacia metóda so skvelými vlastnosťami, založená na princípe ultrazvuku, schopná detegovať tumor. High-Intensity Focused Ultrasound (HIFU) je neinvazívny chirurgický postup. Tieto metódy by však neboli možné bez presnej simulácie šírenia ultrazvuku. Balíček k-Wave je open source toolbox pre MATLAB, ktorý implementuje tieto simulácie. Vyvstáva otázka, prečo nie sú tieto metódy bežne používané v praxi? Dôvodom je fakt, že simulácia šírenia ultrazvuku je veľmi časovo náročná operácia, čo robi tieto metódy neefektívnymi. Avšak existujú spôsoby akcelerácie takýchto simulácií. Implementácia simulácie na GPU je veľmi perspektívny prístup k akcelerácií. Hlavnou úlohou tejto diplomovej práce je akcelerácia simulácie šírenia ultrazvuku v kostiach a iných tvrdých tkanivách. Implementácia vyvinutá v rámci diplomovej práce bola testovná na rôznych superpočítačoch ako napríklad Anselm v Ostrave alebo Piz Daint v Lugane. Implementované riešenie dosahuje pozoruhodné zrýchlenie v porovnaní s originálnym prototypom v prostredí MATLAB. V najlepšom prípade bola implementácia schopná urýchliť simuláciu približne 160 násobne. To znamená, že simulácia, ktorá by za iných okolností trvala 6,5 dňa, je dnes dokončená za jednu hodinu. Toto zrýchlenie bolo dosiahnuté počas simulácie s rozmermi 416x416x416 bodov a za použitia karty NVIDIA Tesla P100. Diplomová práca obsahuje porovnanie výkonu na rôznych grafických kartách, aby čitateľovi umožnila komplexnejší náhľad na akceleračné schopnosti vyvinutej implementácie a tiež poskytuje bližší pohľad na pamäťovú náročnosť a numerickú presnosť aplikácie. Vďaka schopnosti aplikácie naplno využiť potenciál grafických kariet, majú lekári a vyskumníci z celého sveta v rukách mocný nástroj.
GPGPU, HPC, CUDA, k-Wave, simulácia šírenia ultrazvuku
Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.
- Co, podle vás, způsobuje nepatrné odchylky výsledků referenčního kódu a vaší implementace a proč je tato chyba závislá na velikosti simulační domény?
Drábek Vladimír, doc. Ing., CSc. (UPSY FIT VUT), člen
Jaroš Jiří, doc. Ing., Ph.D. (UPSY FIT VUT), člen
Vašíček Zdeněk, doc. Ing., Ph.D. (UPSY FIT VUT), člen
Vlček Karel, prof. Ing., CSc. (FAI UTB), člen
Vojnar Tomáš, prof. Ing., Ph.D. (UITS FIT VUT), člen
@mastersthesis{FITMT19552,
author = "Kristi\'{a}n Kadlubiak",
type = "Diplomov\'{a} pr\'{a}ce",
title = "Simulace \v{s}\'{i}\v{r}en\'{i} ultrazvuku v kostech",
school = "Vysok\'{e} u\v{c}en\'{i} technick\'{e} v Brn\v{e}, Fakulta informa\v{c}n\'{i}ch technologi\'{i}",
year = 2017,
location = "Brno, CZ",
language = "czech",
url = "https://www.fit.vut.cz/study/thesis/19552/"
}