W dniu 13.02.2015 odbyło się I Seminarium Naukowe „Tomografia procesowa – aplikacje, systemy pomiarowe i algorytmy numeryczne”.
Organizatorzy seminarium naukowego:
- Lubelski Inkubator Technologii Informatycznych
- Net-art R&D
- Katedra Informatyki WSPA
- Zakład Elektroniki Jądrowej i Medycznej, Instytut Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej
- Zaoczne Studium Doktoranckie Instytutu Elektrotechniki w Warszawie
Miejsce:
Zakład Elektroniki Jądrowej i Medycznej, Instytut Radioelektroniki Politechniki Warszawskiej
Publikacje:
Prace po recenzjach zostaną opublikowane w kwartalniku IAPGOS (3 pkt ministerialne)
Agenda:
Referaty:
1. Łukasz Dańko, Marcin Krzewski, Katarzyna Krzewska, Bartłomiej Radzik, Jacek Kryszyn, Waldemar Smolik, Roman Szabatin, Tomasz Olszewski, Sterownik portu wejścia – wyjścia dla systemu Linux (procesor ARM Cortex-A8) do odczytu danych z FPGA.
Sterownik dla systemu Linux (procesor ARM Cortex-A8) do odczytu danych z FPGA jest elementem tomografu EVT4. Sterownik odbiera dane z układu FPGA.
Schemat budowy płyty głównej:
Sterownik napisany został w języku C. Udostępnia użytkownikowi funkcje readout. Posiada pewne mankamenty, takie jak brak flagi FIFO_HALFFULL oraz bezprzerwaniową obsługę stanu FIFO. Wymagane jest prowadzenie zmian do programu w układzie FPGA oraz poprawy funkcjonowania sterownika bez modyfikacji kodu VHDL. Rozwiązać należało następujące zadania: odczyt danych małymi porcjami, na każdy odczyt danych jeden odczyt rejestru stanu, możliwość wywłaszczania kodu funkcji read (nawet w przypadku jądra bez wywłaszczania – przerwania). Do poprawienia efektywności systemu wykonane zostały odpowiednie modyfikacje funkcji odczytu oraz zabezpieczenia przed wywłaszczaniem kodu jądra. Poprawę odczytu danych w sterowniku można osiągnąć poprzez modyfikacje wątku odczytu oraz procedury obsługę timera do regularnego odpytywania urządzenia poprzez sprawdzanie jego stanu w przypadku, gdy urządzenie nie zgłasza przerwań. Właściwym podejściem wydaje się również implementacja koncepcji wykorzystania funkcji Mmap (memory mapping), jest to jedyny mechanizm pozwalający na transfer danych z przestrzeni jądra do przestrzeni użytkownika bez kopiowania, jest również najszybszą metodą obsługi dużej ilość danych. W rozwiązaniu można dzielić pamięć RAM jak i pamięć urządzenia w przypadku sterownika urządzenia, a sama pamięć dzielona widziana jest jako plik.
2. Mateusz Stosio, Jacek Kryszyn, Waldemar Smolik, Tomasz Olszewski, Roman Szabatin, Tomograf pojemnościowy wykorzystujący przetwornik DDC316.
Układy oparte na przetworniku DDC316 wykorzystywane są w tomografii komputerowej. Rozwiązanie zostało zaimplementowano w tomografii elektrycznej.
Schemat blokowy tomografu:
Sterowanie kluczami analogowymi odbywa się poprzez ładowanie/rozładowanie kondensatora.
Pomiary:
- wszystkie wykresy przedstawiają średnie z 4096 pomiarów,
- tam, gdzie na osi x podana jest „liczba cykli – 1” powinno być „liczba cykli + 1” ,
- histogramy przedstawiają liczby od 0 do 65536 podzielone na 1024 przedziały,
- niektóre histogramy są puste ze względu na przepełnienie, przetwornik zwracał cały czas 216.
3. Przemysław Adamkiewicz, Jakub Szumowski, Zastosowanie scalonego przetwornika AD7746 w elektrycznej tomografii pojemnościowej.
Zastosowanie scalonego przetwornika AD7746 w systemie pomiarowych jest kolejnym podejściem związanym z wykorzystaniem tego układu w elektrycznej tomografii pojemnościowej. Badania zostały przeprowadzone na odpowiednio przygotowanej sondzie pomiarowej w dwóch układach pomiarowych (z multiplekserem i bez multipleksera) oraz z wykorzystaniem różnej długości przewodów (40 cm i 260 cm). Osiągnięto bardzo dużą precyzję pomiarową od 1fF do 1 pF. Błąd względny po redukcji offsetu dla przewodów 40 cm wynosił odpowiednio: 1fF-8,3%, 10fF-0,71%, 100fF-0,04%, 1pF-0,21%. Natomiast dla przewodów o długości 260 cm miał wartości: 1fF-23,1%, 10fF-2,24%, 100fF-0,07%, 1pF-0,21%.
4. Przemysław Adamkiewicz, EIDORS – porównanie działania algorytmów jedno iteracyjnych w tomografii impedancyjnej.
W referacie przedstawiono porównanie działania algorytmów jedno i kilko iteracyjnych w zagadnieniach tomografii impedancyjnej. Zaprezentowano rekonstrukcje obrazu zarówno dla danych symulacyjnych jak i rzeczywistych danych pomiarowych. Do rozwiązania zagadnienia odwrotnego i prezentacji wyników wykorzystany został pakiet EIDORS.
5. Tomasz Rymarczyk, Jan Sikora, Implementacja nowatorskich metod tomografii impedancyjnej do badania stanu wałów przeciwpowodziowych.
W przypadku nasilania się powodzi wzrasta niebezpieczeństwo przerwania wału. Doraźne badanie ich stanu, czy bieżący monitoring może zapobiec katastrofom powodziowym lub ostrzegać o grożącym niebezpieczeństwie. Jak ważny jest to problem, pokazały powodzie w Polsce i na święcie oraz katastrofa w miejscowości Ajka na Węgrzech, gdzie została przerwana tama wokół zbiornika z toksycznymi odpadami. Odpowiedni system pomiarowo-monitorujący mógłby odpowiednio wcześniej wykryć grożące niebezpieczeństwo. Proponowane rozwiązanie jest nowatorską metodą monitoringu stanu wałów przeciwpowodziowych, ze względu na zastosowane technologie oraz złożoność i różnorodność algorytmów rekonstrukcji właściwości badanych obiektów. W wałach przeciwpowodziowych mogą występować różne uszkodzenia, takie jak: erozja kanalikowa, erozja skarpy, mikro niestabilność, napór lodu, poślizg skarpy zewnętrznej, przelew falowy, przelew wody, upłynnianie gruntu. System monitoringu składa się z elektrod pomiarowych, systemu zbierania danych, bazy danych, systemu zarządzania (sterowania), algorytmów rekonstrukcji obrazów, modułu analiz oraz modułu wizualizacji.
6. Paweł Tchórzewski, Zastosowanie wybranych metod numerycznych do rekonstrukcji obrazu tomograficznego.
W referacie zaprezentowano implementację nowoczesnych i różnorodnych algorytmów brzegowych i obszarowych do rozwiązania zagadnienia prostego (metoda granicy, podobszarów, metoda elementów brzegowych i skończonych), wprowadzono algorytmy optymalizacyjne (metoda zbiorów poziomicowych) oraz zaproponowano modele numeryczne dla elektrycznej tomografii impedancyjnej. Metody te ocenione zostanie pod kątem przydatności poszczególnych jej właściwości w konstruowaniu algorytmów numerycznych.
Metoda elementów skończonych jest jedną z najbardziej efektywnych metod uzyskiwania przybliżonego rozwiązania numerycznego, głównie dla zagadnień płaskich i przestrzennych o skomplikowanej geometrii, w których środowisko może wykazywać cechy nieliniowości.
Zastosowanie metoda elementów brzegowych polega na wykorzystaniu rozwiązania fundamentalnego danego równania różniczkowego. Zaletą metody jest to, że wymaga ona aproksymacji zjawiska tylko na brzegu obszaru i tylko do tego ogranicza się poprowadzenie siatki węzłów i elementów. Prowadzi to do redukcji wymiaru zagadnienia o jeden. Ponadto uzyskanie dokładnych wartości poszukiwanego rozwiązania wewnątrz obszaru nie wymaga lokalnego zagęszczenia siatki na brzegu.
Metoda granicy podobszarów oparta jest na siatce kartezjańskiej. Główną jej ideą jest zastosowanie warunku skoku na brzegu rozdzielającym sąsiadujące obszary, gdzie lokalne właściwości rozwiązania i wyrażone są w warunku skoku. Współczynniki różnic skończonych umieszczonych blisko brzegu rozpatrywanego obiektu zostały odpowiednio zmodyfikowane. W metodzie granicy podobszarów zostało zaimplementowane równanie Poissona do całego badanego obszaru niezależnie od kształtu nieregularnego obiektu.
7. Agnieszka Gdula, Krzysztof Osior, Tomasz Rymarczyk, Projekt systemu do segmentacji i analizy obrazów medycznych.
W pracy został przedstawiony projekt systemu do segmentacji i analizy obrazów medycznych. Funkcjonalność inteligentnego systemu informatycznego polega na analizie obrazów pochodzących z rożnych źródeł. System składa się z algorytmów inteligencji obliczeniowej, agentów internetowych, algorytmów segmentujących, frameworka, hurtowni/baz danych, systemu wizualizacji oraz adaptacyjnego interfejsu użytkownika. Mimo, iż wyróżnia się kilka rodzajów segmentacji, wszystkie łączy jedna cecha. Polegają one na podziale obrazu według zadanego kryterium w taki sposób, aby otrzymać rozłączne i jednolite jego fragmenty. Obrazy medyczne, tworzone przy użyciu różnego rodzaju specjalistycznego sprzętu umożliwiają lekarzom obserwację struktur organizmu ludzkiego oraz przebieg szeregu procesów fizjologicznych. Właściwa analiza tych obrazów i interpretacja informacji z nich wydobytych przyczynia się w znaczącym stopniu do stawiania prawidłowej diagnozy.
8. Roman Szabatin, Waldemar Smolik, Laboratorium tomografii procesowej i medycznej.
Profil działalności Zakładu Elektroniki Jądrowej i Medycznej obejmuje dwie podstawowe dziedziny inżynierię biomedyczną oraz techniki jądrowe. Badania naukowe oraz dydaktyka obejmują szeroką gamę tematów i integrują zaawansowaną elektronikę i systemy informatyczne, skupiają się wokół następujących zagadnień:
- medycyna nuklearna;
- ilościowe badania tomograficzne;
- dynamiczne badania tomograficzne;
- tomografia procesowa;
- tomografia rezonansu magnetycznego;
- radiografia analogowa i cyfrowa;
- przetwarzanie i rozpoznawanie obrazów medycznych;
- metodologia i aparatura do EEG, EMG, EKG, EKG wysokiej rozdzielczości;
- zastosowania medyczne technik izotopowych;
- akceleratory biomedyczne,
- aparaturę i oprogramowanie dla eksperymentów fizyki wysokich energii,
- techniki detekcji promieniowania jonizującego,
- spektrometrię promieniowania jonizującego.
Laboratorium tomografii procesowej i medycznej:
