Reconstrução de imagens de ultrassom através de problemas inversos usando processamento paralelo em GPUs
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Data de Publicação: | 2018 |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) |
Texto Completo: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3787 |
Resumo: | Este projeto de pesquisa busca aprimorar os métodos de reconstrução de imagens de ultrassom baseados em problemas inversos para implementação paralela em GPU. Estes métodos são inovações recentes para ultrassom e têm demonstrado obter qualidade de imagem superior às reconstruções convencionais baseados em beamforming e delay-and-sum. Contudo, o tempo computacional destes algoritmos ainda é alto, não permitindo execução em tempo real, que é uma demanda já estabelecida em ultrassom. Para isso, apresentamos uma modificação dos algoritmos de ultrassom para execução paralela em unidades de processamento gráfico (GPU). Estes processadores têm grande capacidade de processamento, atingindo níveis de instruções por segundo muito maiores que as CPUs. Porém, os algoritmos podem usufruir deste benefício apenas se forem paralelos ou paralelizáveis. O algoritmo reconstrução de imagens de ultrassom proposto é paralelo e pode ser executado em GPU. Contudo, ele requer uma grande quantidade de memória para armazenar a matriz que representa o sistema de aquisição. Isso limita a resolução máxima das imagens que podem ser reconstruídas na GPU. Este trabalho propõe um modelo alternativo de reconstrução que reduz à metade a necessidade de memória aproveitando a simetria das funções de espalhamento de ponto. Com isso apenas metade da matriz do sistema precisa ser armazenada na GPU. Desta forma, pode-se reconstruir imagens de ultrassom com qualidades superiores às atuais, e praticamente no mesmo tempo. |
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2019-02-06T15:53:44Z2019-02-06T15:53:44Z2018-09-21BUENO, Roberto Bueno. Reconstrução de imagens de ultrassom através de problemas inversos usando processamento paralelo em GPUs. 2018. 120 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2018.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3787Este projeto de pesquisa busca aprimorar os métodos de reconstrução de imagens de ultrassom baseados em problemas inversos para implementação paralela em GPU. Estes métodos são inovações recentes para ultrassom e têm demonstrado obter qualidade de imagem superior às reconstruções convencionais baseados em beamforming e delay-and-sum. Contudo, o tempo computacional destes algoritmos ainda é alto, não permitindo execução em tempo real, que é uma demanda já estabelecida em ultrassom. Para isso, apresentamos uma modificação dos algoritmos de ultrassom para execução paralela em unidades de processamento gráfico (GPU). Estes processadores têm grande capacidade de processamento, atingindo níveis de instruções por segundo muito maiores que as CPUs. Porém, os algoritmos podem usufruir deste benefício apenas se forem paralelos ou paralelizáveis. O algoritmo reconstrução de imagens de ultrassom proposto é paralelo e pode ser executado em GPU. Contudo, ele requer uma grande quantidade de memória para armazenar a matriz que representa o sistema de aquisição. Isso limita a resolução máxima das imagens que podem ser reconstruídas na GPU. Este trabalho propõe um modelo alternativo de reconstrução que reduz à metade a necessidade de memória aproveitando a simetria das funções de espalhamento de ponto. Com isso apenas metade da matriz do sistema precisa ser armazenada na GPU. Desta forma, pode-se reconstruir imagens de ultrassom com qualidades superiores às atuais, e praticamente no mesmo tempo.This project aims to improve the ultrasound image reconstruction methods based on inverse problems for parallel implementation on GPU. These methods are recent innovations for ultrasound and have demonstrated to achieve better image quality upon conventional reconstructions such as, beamforming and delay-and-sum. However, the computing time of these algorithms are still high, not allowing reconstructions in real-time, which is an already established demand in ultrasound. For this, we have modified the algorithms for parallel execution on graphics processing units (GPU). These processors have a very high processing power, much larger than a CPU. But the algorithms can take advantage of this benefit only if they are parallel or parallelizable. The modified algorithms are parallel and can be executed on GPU. However, they require a large amount of memory to store the system matrix. This fact limits the maximum image resolution that can be obtained by reconstruction on the GPU. This work uses a new and alternative way to reconstruct images through the exploitation of the symmetry of the point spread function, halving the memory size required by the system matrix. Thus, it is possible to reconstruct an ultrasound image with better quality then the current images, and virtually at the same time.Conselho Nacional do Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)porUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICAEngenharia ElétricaUltrassomExames médicos - ImagemSistemas imageadores - Qualidade da imagemProblemas inversos (Equações diferenciais)Processamento paralelo (Computadores)Algorítmos paralelosMétodos iterativos (Matemática)Engenharia elétricaUltrasonicsMedical examinations - ImagingImaging systems - Image qualityInverse problems (Differential equations)Parallel processing (Electronic computer)Parallel algorithmsIterative methods (Mathematics)Electric engineeringReconstrução de imagens de ultrassom através de problemas inversos usando processamento paralelo em GPUsUltrasound images reconstruction through inverse problems using parallel computing on GPUsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisCuritibaZibetti, Marcelo Victor Wüsthttp://lattes.cnpq.br/5150107568634070Maia, Joaquim Miguelhttp://lattes.cnpq.br/6369674496221915Maia, Joaquim MiguelPierro, Álvaro Rodolfo dePipa, Daniel RodriguesAssef, Amauri AmorinValente, Solivan Aranteshttp://lattes.cnpq.br/0369356361648772Bueno, Paulo Robertoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPRLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81290http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3787/2/license.txtb9d82215ab23456fa2d8b49c5df1b95bMD52ORIGINALCT_CPGEI_D_Bueno, Paulo Roberto_2018.pdfCT_CPGEI_D_Bueno, Paulo Roberto_2018.pdfapplication/pdf62917752http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3787/1/CT_CPGEI_D_Bueno%2c%20Paulo%20Roberto_2018.pdfa7f6942f7c6bf92078c09a5f1755d432MD51TEXTCT_CPGEI_D_Bueno, Paulo Roberto_2018.pdf.txtCT_CPGEI_D_Bueno, Paulo Roberto_2018.pdf.txtExtracted texttext/plain189018http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3787/3/CT_CPGEI_D_Bueno%2c%20Paulo%20Roberto_2018.pdf.txt94759ef093688c3700d6ca6bd4a4fdabMD53THUMBNAILCT_CPGEI_D_Bueno, Paulo Roberto_2018.pdf.jpgCT_CPGEI_D_Bueno, Paulo Roberto_2018.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1248http://repositorio.utfpr.edu.br:8080/jspui/bitstream/1/3787/4/CT_CPGEI_D_Bueno%2c%20Paulo%20Roberto_2018.pdf.jpg6db6d3b3c64ceef69d32f40576b35cffMD541/37872019-02-07 03:00:43.924oai:repositorio.utfpr.edu.br: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ório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestopendoar:2019-02-07T05:00:43Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false |
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