Development of high-performance scalable software for ultrasound tomography
Keywords:
inverse coefficient problems, wave equation, ultrasound tomography, parallel computations, scalability, supercomputersAbstract
This paper is dedicated to the development of high-performance scalable software for supercomputers to be used for solving the inverse problem of ultrasound tomography in medical applications. The problem is formulated as a nonlinear coefficient inverse problem for the wave equation. A program structure is proposed, which allows one to efficiently parallelize the computations on cluster systems. The code is optimized in a such way that the speed of the program is increased by an order of magnitude and a much higher scalability is provided. Many test runs of the program are performed on the Chebyshev and Lomonosov computing clusters installed at the Moscow State University.
References
- Jicheck m racute m imathk R., Peterlacute m imathk I., Ruiter N., Fousek J., Dapp R., Zapf M., Jan J. Sound-speed image reconstruction in sparse-aperture 3D ultrasound transmission tomography // IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2012. 59, N 2. 254-264.
- Li C., Duric N., Littrup P., Huang L. In vivo breast soundspeed imaging with ultrasound tomography // Ultrasound Med. Biol. 2009. 35, N 10. 1615-1628.
- Backushinsky A., Goncharsky A., Romanov S., Seatzu S. On the identification of velocity in seismics and in acoustic sounding. Pubblicazioni dell’istituto di analisa globale e applicazioni. Serie «Problemi non ben posti ed inversi». Issue 71. Firenze, 1994.
- Бакушинский А.Б., Козлов А.И., Кокурин М.Ю. Об одной обратной задаче для трехмерного волнового уравнения // Журн. вычисл. матем. и матем. физики. 2003. 43, № 8. 1201-1209.
- Гончарский А.В., Овчинников С.Л., Романов С.Ю. Об одной задаче волновой диагностики // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 15. Вычисл. матем. и киберн. 2010. № 1. 7-13.
- Kokurin M.Y. Stable iteratively regularized gradient method for nonlinear irregular equations under large noise // Inverse Problems. 2006. 22, № 1. 197-208.
- Головина С.Г., Романов С.Ю., Степанов В.В. Об одной обратной задаче сейсмики // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 15. Вычисл. матем. и киберн. 1994. № 4. 16-21.
- Chavent G. Deux resultats sur le probleme inverse dans les equations aux derivees partielles du deuxieme ordre en tet sur l’unicite de la solution du probleme inverse de la diffusion // C. R. Acad. Sci. Paris. 1970. N 270. 25-28.
- Natterer F., Wubbeling F. A propagation-backpropagation method for ultrasound tomography // Inverse Problems. 1995. 11, № 6. 1225-1232.
- Beilina L., Klibanov M.V. Approximate global convergence and adaptivity for coefficient inverse problems. New York: Springer, 2012.
- Гончарский А.В., Романов С.Ю. О двух подходах к решению коэффициентных обратных задач для волновых уравнений // Журн. вычисл. матем. и матем. физики. 2012. 52, № 2. 1-7.
- Овчинников С.Л., Романов С.Ю. Организация параллельных вычислений при решении обратной задачи волновой диагностики // Вычислительные методы и программирование. 2008. 9, № 1. 338-345.
- Гончарский А.В., Романов С.Ю. Об одной задаче ультразвуковой томографии // Вычислительные методы и программирование. 2011. 12, № 1. 317-320.
- Гончарский А.В., Романов С.Ю. Суперкомпьютерные технологии в разработке методов решения обратных задач в УЗИ-томографии // Вычислительные методы и программирование. 2012. 13, № 1. 235-238.
- Описание суперкомпьютера «Ломоносов» (http://parallel.ru/cluster/lomonosov.html).
- Foster I. Designing and building parallel programs: concepts and tools for parallel software engineering. Reading: Addison Wesley, 1995.
- Описание средства профилировки mpiP (http://mpip.sourceforge.net/).
- Vetter J.S., McCracken M.O. Statistical scalability analysis of communication operations in distributed applications // Proc. of the 8th ACM SIGPLAN Symp. on Principles and Practice of Parallel Programming (PPOPP-2001). New York: ACM, 2001. 123-132.
- Антонов А.С. Параллельное программирование с использованием технологии MPI. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2004.
Downloads
Published
27-04-2012
How to Cite
Воеводин В., Овчинников С., Романов С. Development of High-Performance Scalable Software for Ultrasound Tomography // Numerical Methods and Programming (Vychislitel’nye Metody i Programmirovanie). 2012. 13. 307-315
Issue
Section
Section 1. Numerical methods and applications