Программное обеспечение вычислительных, телекоммуникационных и управляющих систем

Решение задачи построения ультразвуковых изображений методом волновой инверсии с использованием алгоритмов распараллеливания вычислений

К. А. Верещагин, И. Н. Белых

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Аннотация: Активно развивающееся направление ультразвуковой томографии требует разработки эффективных подходов решения прямых и обратных задач для волнового уравнения как на теоретическом, так и на прикладном уровне. В статье изучены методы, применяемые для решения задач реконструкции изображений из волнового поля, и предложен оригинальный алгоритм построения двухмерных срезов ультразвуковых изображений. Для акустически неоднородной модели упругой среды проведено решение прямой задачи для волнового уравнения в двухмерной постановке с учетом поглощения с целью получения полного поля отраженных волн. Представлен оптимизационный алгоритм 2D-волновой инверсии ультразвукового поля для решения обратной задачи во временной области. Приведены основные архитектурные элементы программного решения, рассмотрены способы распараллеливания вычислений для повышения производительности процесса моделирования. Обсуждены результаты тестирования и проверки на корректность различных этапов алгоритма. Достоинствами предложенного подхода являются точность и устойчивость решения при повышенной вычислительной производительности.

Ключевые слова: волновое уравнение, отраженные волны, волновая инверсия, оптимизация, параллельные вычисления, ультразвуковая томография.

УДК: 519.63-688; 534-8, 534.222

Поступила в редакцию: 09.07.2018

DOI: 10.18721/JCSTCS.11404