分布式集群上的全波非线性超声模拟及其在高强度聚焦超声中的应用
医学物理
2014-08-21 v1
摘要
基于模型的高强度聚焦超声(HIFU)治疗规划和暴露计量需要数值模拟非线性超声在非均匀和吸收介质中的传播。由于超声波的传播距离相对于最高频率谐波的波长很大，这是一个计算上要求很高的问题。这里，k空间赝谱方法用于求解一组耦合偏微分方程，等价于广义Westervelt方程。该模型用C++实现，并使用消息传递接口(MPI)并行化，用于在分布式集群上求解大规模问题。域使用一维板分解进行划分，全局通信使用稀疏通信模式。空间频率域中的操作在转置空间中进行，以减少三维快速傅里叶变换带来的通信负担。使用网格尺寸高达4096x2048x2048网格点、在集群上使用多达1024个计算核心评估模型性能。鉴于梯度计算的全局性质，模型表现出良好的强扩展性，每当核心数加倍时加速比为1.7倍。这意味着大规模模拟可以分布在集群的大量核心上，以相对较小的计算开销最小化执行时间。通过模拟HIFU作用于肾脏的超声束模式展示了模型的有效性。
引用
@article{arxiv.1408.4675,
title = {Full-wave nonlinear ultrasound simulation on distributed clusters with applications in high-intensity focused ultrasound},
author = {Jiri Jaros and Alistair P. Rendell and Bradley E. Treeby},
journal= {arXiv preprint arXiv:1408.4675},
year = {2014}
}