次世代手術ナビゲーションにおける大規模医用画像のPCクラスタ並列処理に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14580374
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 萩原 兼一 大阪大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (00133140)
• キーワード: 非剛体レジストレーション / ボリュームレンダリング / PCクラスタ / データ分割 / 並列処理 / 大規模医用画像 / 分散メモリ型並列計算 / 手術支援

研究概要

(1)分散メモリ実行環境で医用ボリュームデータ(VD)画像を対象とした剛体レジストレーションおよび非剛体レジストレーションの高速計算を実現した.ただし,計画通り平成14年度はレジストレーションの対象画像は同一解像度として行った.平成15年度は異なる解像度のレジストレーションを行う.VDを分割してレジストレーションを行うが,処理が進むと計算負荷が不均等になる.これをリストスケジューリング法で解決し,1台のPCで約10時間半かかる処理を,64台dual CPUのPCで約11分に高速化した.これで手術中に3次元非剛体レジストレーションを実行可能となり,手術の質を格段と向上させることができる.この結果は国際会議CARS2003で発表する.
(2)分散メモリ実行環境でボリュームレンダリング(VR)の高速計算を実現した.VRでは,VDの大きさと投影面の大きさに計算量が依存する.本研究では,次世代に要求される2048×2048×2048のボクセルという膨大なVD(64GB)を処理することを目標としている.この膨大なデータを処理するには,複数のPCにこのVDを分割しておき,それらを並列に計算する必要がある.このとき,VRの処理は2つのフェーズからなる.第1は分割した部分データごとのVRで,第2はそれらの一つの画面に統合するマージである.第1はPC数を増やせば増やすほど高速に計算できるが,第2は逆でPC数が増えるとマージに時間がかかる.したがって,第2フェーズを高速化することが重要であり,負荷分散をインタリーブ分割で解決し,画像データの空白部分の無駄な処理をmultiple bouding rectangleとランレングスコーディングにより解決した.この結果は国際会議SAC2003で発表する.

研究成果

• [文献書誌] 置田真生: "通信依存解析に基づくメッセージ通信並列プログラム向けデバック支援ツール"情報処理学会論文誌:ハイパフォーマンスコンピユーティングシステム. 43-SIG 6(HPS 5). 88-98 (2002)
• [文献書誌] 伊野文彦: "投影面分割に基づく階層的な画像合成手法を用いた並列ボリュームレンダリング"情報処理学会論文誌. 44-3(掲載予定). 10 (2003)
• [文献書誌] Noriyuki Fujimoto: "Near-Optimal Task Scheduling of a Complete K-ary Tree with Communication Delays"Proc. of 6th WSEAS Int'l Conf. on COMPUTERS (CSCC 2002). 7491-7496 (2002)
• [文献書誌] Akira Takeuchi: "An Improvement on Binary-Swap Compositing for Sort-Last Parallel Rendering"Proc. of 18th ACM Symp. on Applied Computing (SAC 2003). 受理済(3月発表予定). 8 (2003)
• [文献書誌] Fumihiko Ino: "A Divided-Screenwise Hierarchical Compositin for Sort-Last Parallel Volume Rendering"Proc. of 17th Int'l Parallel and Distributed Processing Symp. (IPDPS 2003). 受理済(4月発表予定). 8 (2003)
• [文献書誌] Fumihiko Ino: "A High Performance Computing Service over the Internet for Nonrigid Image Registration"Proc. of CARS2003 Computer Assisted Radiology and Surgery. 受理済(6月発表予定). 8 (2003)