Zapisz jako PDF

Spis treści
1 Wstęp
1.1 Opis
1.2 Oprogramowanie i konfiguracja do ćwiczeń
1.3 Wykłady
1.4 Ćwiczenia
1.5 Rozwiązania do ćwiczeń
1.6 Projekty zaliczeniowe
Wstęp
Warsztaty z metod obrazowania ultradźwiękowego są autorskim programem[1] obejmującym
metody i algorytmy obrazowania USG, budowę i funkcje aparatury USG oraz wprowadzenie do
programowania równoległego na procesorach GPU w środowisku OpenCL. Dzięki dofinansowaniu
otrzymanemu z Funduszu Innowacji Dydaktycznych UW opracowano materiały oraz zakupiono
edukacyjny system ultrasonografu, który umożliwia zbierania surowych sygnałów i testowanie
własnych algorytmów przetwarzania sygnałów.
Opis
Ultrasonografia stanowi najpowszechniej stosowaną modalność diagnostyczną we współczesnej
medycynie. Kurs ma na celu zapoznanie studentów z szerokim spektrum metod i zastosowań
ultradźwięków w diagnostyce medycznej. Metody te obejmują standardowe obrazowanie USG,
obrazowanie parametryczne, elastografię, metody oceny przepływu krwi i inne. Zajęcia będą
podzielone na część wykładową (ok. 1/3 czasu) i warsztatową (ok. 2/3 czasu).
Zagadnienia części wykładowej:
1. Ultradźwięki – zagadnienia generacji, propagacji fal ultradźwiękowych, zjawiska falowe.
2. Zagadnienia tworzenia obrazu USG; metody elektronicznego sterowania i ogniskowania
wiązki; metoda beamformingu.
3. Nowe metody syntetycznej apertury w obrazowaniu; obrazowanie 3D/4D.
4. Wybrane inne techniki obrazowe (np. elastografia, obrazowanie tłumienia).
5. Podstawy metod oceny i pomiaru przepływu krwi.
6. Prezentacja wybranych zastosowań USG i metod dopplerowskich w praktyce medycznej.
7. Programowanie równoległe, architektura procesorów CPU/GPU, środowiska CUDA/OpenCL,
narzędzia.
8. Budowa i funkcje aparatury USG, zagadnienia zapewnienia jakości, certyfikacji wyrobów.
W części warsztatowej studenci będą zespołowo implementować wybrane metody przetwarzania m.in. klasyczną rekonstrukcję obrazu, rekonstrukcję w obrazowaniu falą płaską czy obrazowanie
prędkości przepływu metodą dopplerowską. Studenci zapoznają się z algorytmami obróbki sygnałów
ultradźwiękowych oraz zagadnieniami ich implementacji i optymalizacji. Praca w części
warsztatowej odbywać będzie się w grupach (2-3 osoby). Zwieńczeniem kursu będzie realizacja
projektów zespołowych. Projekty te będą obejmować implementację własnych algorytmów
przetwarzania surowych sygnałów ech ultradźwiękowych w oparciu o samodzielnie zebrane dane z
uniwersalnej platformy ultrasonografu. Podstawą uzyskania pozytywnej oceny będzie wykonanie
zadań z części warsztatowej oraz zaliczenie projektu (raport lub prezentacja).
Oprogramowanie i konfiguracja do ćwiczeń
Ćwiczenia przygotowane zostały pod język python. Korzystać będziemy z bibliotek:
1.
2.
3.
4.
numpy
scipy
PIL http://www.pythonware.com/products/pil/
PyOpenCL
Ponadto, konieczne jest zainstalowanie SDK OpenCL i sterowników dla posiadanych procesorów lub
kart graficznych (np. Intel, AMD, Nvidia) oraz kompilatora (przy pracy na Windowsie prostym
rozwiązaniem może być zainstalowanie darmowej wersji Visual Studio [2]). Zaleca się zainstalowanie
w pierwszej kolejności kompilatora oraz SDK OpenCL, a dopiero następnie instalowanie biblioteki
PyOpenCL do Pythona.
Wykłady
1.
2.
3.
4.
Podstawy fizyczne USG
Metody USG
Aparatura i aplikacje medyczne
Programowanie równoległe procesorów GPU w OpenCL
Ćwiczenia
1.
2.
3.
4.
5.
Klasyczna rekonstrukcja obrazu
Obrazowanie falą płaską i rozbieżną
Obrazowanie prędkości metodą dopplerowską
Obrazowanie prędkości dźwięku
Wstęp do obliczeń równoległych na GPU
Rozwiązania do ćwiczeń
Rozwiązania
Projekty zaliczeniowe
Propozycje tematów zaliczeniowych
1. ↑ z inicjatywy dr Marcina Lewandowskiego z Instytutu Podstawowych Problemów Techniki
PAN; opracowanie materiałów przy współpracy z Tomaszem Steiferem
2. ↑ https://www.visualstudio.com/pl-pl/visual-studio-homepage-vs.aspx