锥束CT短扫描成像技术研究

发布时间：2017-03-24 09:10

  本文关键词：锥束CT短扫描成像技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锥束计算机断层成像(Computed Tomography, CT)技术具有成像速度快、空间分辨率高、非接触无破坏等优点,被广泛应用于工业无损检测和临床医疗诊断等领域。相比锥束CT全角度扫描,短扫描仅在π加锥角范围内对被成像物体进行照射,有效降低了辐射剂量、提高了成像速度。然而,短扫描的几何定标因缺少大量角度范围内的投影数据而对误差非常敏感；其重建质量受到了非均匀冗余投影数据的严重影响。针对锥束CT短扫描成像中的以上问题,本文分别在几何定标、重建算法以及算法加速三个方面进行研究,主要研究成果如下：1、提出了一种精确的定标体模中心投影位置定位方法。短扫描的几何定标因缺失大量角度范围内的投影数据而导致对输入(定标体模中心的投影位置信息)误差十分敏感,现有方法使用常用定标体模(小球)投影的形心或质心代替体模中心的投影位置存在较大的近似误差。针对该问题,本文方法首先对系统几何参数与小球投影的形状参数、小球中心的投影位置参数分别进行建模,通过联立方程组求解得到一个仅使用小球投影的形状参数描述小球中心投影位置的解析表达式。再使用最小二乘法对小球投影边缘进行参数拟合得到小球投影的形状参数,进而精确计算出小球中心的投影位置。实验结果表明：相比现有方法,本文方法在保证较好鲁棒性的前提下,其定位精度具有明显优势。2、提出了一种选择性反投影滤波算法。圆轨迹短扫描因其投影数据的非均匀冗余特点而导致重建图像中存在严重伪影。针对该问题,本文算法首先分析了圆轨迹短扫描投影冗余性,然后根据射线源点与PI线的相对位置关系以及PI线的选取方向,推导得到一种选择性反投影准则。该准则根据扫描角度预先确定需要反投影的重建范围,避免了冗余投影数据干扰,同时也减少了反投影的计算量。实验结果表明：本文算法有效避免了冗余数据的影响,保证了重建质量；同时,现有算法使用投影数据加窗或重排处理冗余数据的方法相比,本文算法降低了重建的时间和内存开销。3、提出了一种深度隐藏通信时延策略。重建算法的GPU加速已经取得了显著的加速效果,通信时延成为了限制现有加速策略的瓶颈。针对该问题,本文策略基于选择性反投影滤波算法的并行性分析及CPU-GPU异构平台特点,利用多线程技术实现CPU的运算与硬盘-内存的数据传输并行执行,利用CUDA异步技术实现CPU的运算与内存-显存的数据传输并行执行,利用流处理技术和异步技术实现GPU的运算与内存-显存、显存-显存的输出传输并行执行。该策略使用多重事件重叠的方式,在保证计算效率不变的前提下,最大可能地隐藏数据在硬盘、内存和显存之间的通信时延和CPU的运算时间,进而提高重建效率。实验结果表明：在现有加速策略的基础上,采用本文策略获得的加速约为现有策略的2倍。
【关键词】：锥束CT 短扫描 中心投影 选择性反投影 GPU并行加速 通信时延
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 圆轨迹锥束CT系统几何参数定标12-13
• 1.2.2 圆轨迹短扫描锥束CT重建算法13-15
• 1.2.3 重建算法并行加速15-16
• 1.3 课题研究内容与论文结构安排16-17
• 第二章 标记点投影位置精确定位方法17-29
• 2.1 定标体模的锥束投影模型17-18
• 2.2 几何定标输入误差分析18-19
• 2.3 标记点投影位置精确定位方法19-22
• 2.3.1 定标体模锥束投影的支撑19-20
• 2.3.2 M的准确计算方法20-22
• 2.4 实验结果及分析22-28
• 2.4.1 不同等级噪声实验23-24
• 2.4.2 不同小球密度实验24
• 2.4.3 不同小球半径实验24-25
• 2.4.4 不同小球位置实验25-28
• 2.5 小结28-29
• 第三章 选择性反投影滤波算法29-41
• 3.1 圆轨迹短扫描模型29-30
• 3.2 重排反投影滤波算法30-32
• 3.3 选择性反投影滤波算法32-34
• 3.3.1 短扫描数据冗余性分析32-33
• 3.3.2 选择性反投影33-34
• 3.4 实验结果及分析34-39
• 3.4.1 仿真实验34-37
• 3.4.2 真实数据实验37-39
• 3.5 小结39-41
• 第四章 深度隐藏通信时延优化策略41-51
• 4.1 CUDA编程模型41-43
• 4.2 S-BPF算法并行性分析43-46
• 4.3 基于CUDA的深度隐藏通信时延策略46-49
• 4.3.1 对获取DBP图像的优化46-48
• 4.3.2 对DBP图像滤波的优化48-49
• 4.4 实验结果及分析49-50
• 4.5 小结50-51
• 第五章 总结与展望51-53
• 5.1 总结51
• 5.2 展望51-53
• 致谢53-55
• 参考文献55-61
• 作者简历61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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  本文关键词：锥束CT短扫描成像技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：265387