基于GPU的实时自由臂三维超声成像

发布时间：2017-08-18 18:05

  本文关键词：基于GPU的实时自由臂三维超声成像

  更多相关文章： 三维超声重建 实时成像 图形处理器(GPU) 并行计算

【摘要】：在医疗诊断中,超声检测因其成本低、成像快、无电离辐射等优势而在临床上受到广泛的应用。传统的二维超声成像方法能够实时地提供诊断组织的截面信息,但却无法帮助医生了解扫描部位的解剖结构。医生需要依靠自己的经验去想象扫描区域的三维结构,因此也就降低了诊断的准确性。为了解决此局限性,三维超声成像被提出并应用于实际医疗诊断中。三维超声成像能够给医生提供直观的三维信息,使得医生能够很好地了解目标部位的空间信息和解剖结构,大大提高了临床诊断的准确性。但三维超声成像也存在重建计算量大,重建过程耗时长的缺点,导致在一些实时性要求高的应用场景中,很难得到应用。如果能够在扫描得到原始二维图像的同时实时重建和显示三维体,将使得三维超声成像在医疗诊断应用中发挥更大的作用。本文提出了一种基于图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)的实时自由臂三维超声成像系统。在三维重建算法的选择上,考虑到重建速度和重建质量的平衡,我们选用了平方距离加权(Squared Distance Weighted,SDW)插值算法和贝塞尔插值算法。为了达到实时的三维重建,我们把选用的重建算法并行化,并借用GPU的并行计算能力处理计算量最大的三维重建和显示部分,以期能够实现在扫描组织的同时实时的增量重建和显示三维体。为了验证选用的三维重建算法实时可视化重建三维体的可行性,本文利用一组体外数据和一组体内数据进行了离线模拟实时成像的实验,结果发现使用SDW的并行化重建方案达不到实时的重建效果,而并行化的贝塞尔插值算法实现了实时的可视化重建,达到最高119帧/秒的重建速度(二维B超图像获取帧率为25帧/秒)。因此,本文选用了贝塞尔插值算法作为三维超声实时成像系统的重建算法。在线的实时实验上,我们分别对胎儿体膜的手指以及人体手指进行了扫描重建实验。结果表明,完成的基于GPU的实时三维超声成像系统达到了边扫描边重建显示三维体的实时效果,在医疗诊断上具有很高的使用价值。
【关键词】：三维超声重建 实时成像 图形处理器(GPU) 并行计算
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;R445.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 自由臂超声三维成像重建算法概述12-15
• 1.3 实时自由臂超声三维成像的发展现状15-16
• 1.4 本文的工作概要和章节安排16-18
• 1.4.1 论文工作概要16-17
• 1.4.2 论文章节安排17-18
• 第二章 自由臂三维超声成像18-27
• 2.1 引言18-19
• 2.2 数据获取19-20
• 2.3 三维重建20-25
• 2.3.1 SDW三维插值算法21-23
• 2.3.2 贝塞尔三维插值算法23-25
• 2.4 三维可视化25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 GPU并行计算技术概述27-33
• 3.1 引言27-28
• 3.2 GPU并行计算及CUDA编程模型28-30
• 3.3 GPU并行计算应用发展30-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第四章 实时自由臂超声三维成像的实现33-40
• 4.1 实时系统总体方案33-36
• 4.1.1 数据扫描方式34
• 4.1.2 实时可视化重建34-36
• 4.2 增量的SDW三维重建36-37
• 4.3 增量的贝塞尔三维重建37-39
• 4.4 本章小结39-40
• 第五章 实验与结果分析40-50
• 5.1 实验系统组成40-42
• 5.1.1 硬件组成40-41
• 5.1.2 软件组成41-42
• 5.2 离线模拟实时成像42-48
• 5.2.1 SDW模拟实时重建42-45
• 5.2.2 贝塞尔模拟实时重建45-48
• 5.3 在线实时自由臂超声三维成像48-49
• 5.4 本章小结49-50
• 结论50-52
• 参考文献52-58
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果58-59
• 致谢59-60
• 附件60

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本文编号：695968