基于FPGA组织运动快速计算方法研究

发布时间：2021-03-07 03:27

　　超声弹性成像技术可以定量地计算组织的运动场,进而获取定量、可视化的病变区组织弹性信息。超声弹性成像技术自从被提出以来就得到了迅速的发展,目前超声弹性成像被广泛用于人体软组织病变的诊断,对人体软组织癌症肿瘤等病变的临床诊断意义重大。组织运动场的计算是弹性成像算法的核心,选择准确的运动模型和高并行算法以及高性能的处理平台对组织运动快速计算具有十分重要的意义。将仿射运动模型和光流法结合,不但从根源上解决了组织运动描述不精确的问题,而且从一定程度上提高了算法的并行性,进一步提高了组织运动估计的速度。不过,目前上述算法的最大问题是在通用的串行处理器上计算仍然比较耗时,速度慢,其主要原因是每帧超声回波数据量大以及算法涉及大量矩阵运算,导致仿射光流算法在软件串行下运算速度下降很快,从而限制了其在实际系统中的应用。通用的串行处理器无法满足组织运动快速计算的需求。FPGA细粒度并行、可重构的灵活特性,使得基于FPGA的嵌入式应用系统被广泛关注。首先理论分析,使用前沿的HLS高级综合语言设计实现了仿射光流组织运动计算硬件加速器;并从软硬协同设计角度,实现了基于ZYNQ异构加速平台的仿射光流硬件加速器的系统... 

【文章来源】：中国医科大学辽宁省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

静态弹性成像原理图

中国医科大学硕士学位论文10为以ROI中心点C为坐标原点A点的坐标参数值。矢量=(u,u,uv,v,v)Txyxyw即为所求的六个参数矢量。图2.1仿射模型2.3基于仿射模型的光流法相比平移运动，我们用仿射运动模型更能准确的描述组织的运动。假设组织局部发生仿射变换，将式2-7和式2-21合并，便可得到基于仿射运动模型的光流法，(2-22)相应地，光流估计误差变为，(2-23)令上式等于0并分别对六个参数求导得，(2-24)其中，2[()()]xxyyxytIuuxuyIvvxvyI(,)()(,)()0xxyyxyIxyuuxuyIxyvvxvyTTAAwAb

中国医科大学硕士学位论文132.4.2先验估计先验估计的基本思想是物理邻近点运动大致相同，如果已知邻近点的位移，那么就可以将邻近点的位移作为待估点的初始位移，从而在小位移范围内进行光流计算，将计算结果和初始位移信息相加，便得到了待估点的位移，同理，将得到的新的位移信息作为下一个待估点的初始位移，以此类推，最终得到所有点的位移信息。通过缩小计算范围，速度大为提升。如图2.4所示先验估计轴向引导图图2.4先验估计轴向引导示意图记估计位置(i,j)初始横向位移和初始轴向位移分别为u1(i,j)，v1(i,j)。u(i,j)，该处的光流计算结果记为du(i,j)和dv(i,j)，分别表示相对横向位移和相对轴向位移。则该点的绝对横向位移为u(i,j)=u1(i,j)+du(i,j)，绝对轴向位移为v(i,j)=v1(i,j)+dv(i,j)。初始种子位移选取的规则如下：(2-27)第(i,j)个位置的位移为，(2-28)算法流程如图2.5所示，本文选择进行光流计算的窗口数据大小为长2*HWY+1、1(,)0,1(,)0,1(,)((1,)),1(,)((1,))uijvijuijrounduijvijroundvij(,)1(,)(,),(,)1(,)(,)uijuijduijvijvijdvij


本文编号：3068320