Суперкомпьютерное моделирование в задаче ультразвуковой диагностики с применением аналитических подходов

Аннотация

Работа посвящена изучению распространения ультразвукового излучения в среде и решению прямой и обратной задачи ультразвуковой томографии. Взаимодействие излучения с неоднородностями среды моделируется двумя методами: конечно-разностным и аналитическим. Это позволяет оценить границы применимости рассматриваемых моделей и оценить точность вычислений. Использование двух независимых методов позволяет удостовериться в надежности методов решения прямой и обратной задачи. Методами математического моделирования исследовано влияние плотности вещества на возможность реконструкции. Выбор параметров моделей ориентирован на задачу дифференциальной диагностики заболеваний молочной железы. Использованные алгоритмы базируются на прямом вычислении градиента функционала невязки. Проблема большого объема вычислений при решении обратной задачи преодолевается использованием суперкомпьютеров кластерного типа на основе технологии MPI. Используемые явные конечноразностные схемы идеально подходят для распараллеливания. Приведены результаты модельных расчетов, демонстрирующие эффективность применения предлагаемых подходов.