磁共振成像实时信号接收与图像重建研究

发布时间：2017-04-04 12:09

  本文关键词：磁共振成像实时信号接收与图像重建研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁共振成像信号接收与重建图像的质量密切相关,因此研究高性能的信号接收方法具有重要意义。由于采用专用数字下变频器作为数字接收机的核心器件,传统的磁共振成像信号接收方案不够灵活,运算精度受限,影响图像信噪比,这已成为当前制约成像质量的重要因素。针对这一问题,本研究采用高速数据采集卡对回波进行采集,以此为基础开展相关数字接收机算法与硬件设备的研究。首先,本文研究了数字接收机的多级滤波抽取算法,使用Parks-McClellan设计法设计了等波纹滤波器组。通过对各级滤波器通带容差、阻带容差和过渡带宽的优化设计,有效降低了滤波器的阶数,提高了运算效率。近年来发展的图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU),处理速度可达到每秒十万亿次浮点运算,并且编程灵活。本研究采用基于GPU直接处理回波数据的技术方案(包括数字混频、滤波抽取与傅里叶变换重建),在业内尚属首次。这样,滤波算法可以灵活地实现,并达到了最高的运算精度。将本文设计的等波纹滤波器组应用到基于数据采集卡和GPU的数字接收机中,提高了成像信噪比。同时,对GPU程序进行优化,有效的减少了信号接收和图像重建的时间,达到了实时处理的效果。此外,鉴于TI公司的多核DSP-TMS320C667x系列是最快的浮点DSP,本文研究了多核DSP程序设计方法,对信号接收和图像重建算法在多核DSP上进行了单核评估并设计了多核实现的方案。实验结果表明,本文设计的基于数据采集卡和GPU的信号接收方法显著减少了成像时间并提高了图像信噪比,可以满足磁共振成像实时信号接收与图像重建的需求。
【关键词】：磁共振成像 信号接收 图形处理器 多核DSP 谱仪
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R445.2;TP391.41
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 磁共振成像简介15
• 1.2 磁共振成像系统的组成15-16
• 1.3 MRI信号接收概述16-18
• 1.4 GPU并行计算概述18-19
• 1.5 论文的研究背景与意义19-20
• 1.6 论文的主要研究内容20-21
• 第二章 磁共振成像原理21-25
• 2.1 核磁共振理论21-22
• 2.2 磁共振成像基本原理22-23
• 2.2.1 选层22
• 2.2.2 相位编码22-23
• 2.2.3 频率编码23
• 2.3 k空间和傅里叶重建23-25
• 第三章 MRI数字信号接收器的优化设计25-39
• 3.1 MRI信号接收原理25-27
• 3.2 MRI信号接收算法设计27-32
• 3.2.1 数字混频28
• 3.2.2 多级滤波抽取算法28-32
• 3.3 Parks-McClellan FIR滤波器设计法32-35
• 3.4 多级抽取滤波器设计35-39
• 第四章 基于数据采集卡与GPU的MRI信号接收39-53
• 4.1 数字接收机设计39-40
• 4.2 GPU通用计算和CUDA简介40-42
• 4.2.1 CUDA编程模型40-42
• 4.2.2 CUDA存储器类型42
• 4.3 MRI信号接收的C语言实现42-45
• 4.4 MRI信号接收的GPU实现45-48
• 4.4.1 MRI信号接收算法的并行性分析45-47
• 4.4.2 数字混频的GPU实现47
• 4.4.3 多级滤波抽取和图像重建的GPU实现47-48
• 4.5 MRI信号接收程序的优化48-51
• 4.5.1 存储器优化48-50
• 4.5.2 CUDA流优化50-51
• 4.6 GPU实现MRI信号接收的性能51-53
• 第五章 基于多核DSP的MRI信号接收53-61
• 5.1 多核DSP简介53-54
• 5.2 多核DSP的并行编程方法54-56
• 5.3 并行任务实现方法56-57
• 5.4 MRI信号接收算法在多核DSP上的实现57-61
• 第六章 成像实验与分析61-71
• 6.1 滤波抽取算法分析61-66
• 6.2 成像实验与信噪比分析66-71
• 第七章 总结与展望71-73
• 7.1 全文总结71
• 7.2 展望71-73
• 参考文献73-75
• 致谢75-77
• 研究成果及发表的学术论文77-79
• 作者和导师简介79-81
• 附件81-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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  本文关键词：磁共振成像实时信号接收与图像重建研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：285502