發(fā)布時間：2017-10-21 06:09

  本文關(guān)鍵詞：基于CUDA的實時超快速彈性成像的算法設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：超聲彈性成像技術(shù)在近20年來發(fā)展迅速,作為一種新型超聲醫(yī)學(xué)圖像診查手段,它可以方便地對軟組織腫瘤以及硬化程度進(jìn)行監(jiān)測,在臨床醫(yī)學(xué)中展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用范圍和發(fā)展前景。然而由于超聲彈性成像數(shù)據(jù)處理量大,算法復(fù)雜度較高,成像時間較長,為了能夠提高成像速度,滿足彈性成像系統(tǒng)實時性要求,基于圖像處理單元GPU的并行運算技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注。本文以超快速剪切彈性成像技術(shù)作為主要研究內(nèi)容,從彈性成像基本原理、有限元模型仿真分析以及GPU并行算法實現(xiàn)三個方面對超快速剪切彈性成像技術(shù)進(jìn)行分析。具體研究內(nèi)容如下。在成像原理方面,本文首先介紹了超快速剪切彈性成像的基本原理,詳細(xì)闡述了超快速剪切彈性成像中信號處理關(guān)鍵步驟,包括組織位移估計和剪切波速度估計,然后結(jié)合該成像方法中回波信號數(shù)據(jù)特點完善了整個成像系統(tǒng)的信號處理流程。在有限元仿真方面,本文中首先利用Field II聲場仿真工具包對聚焦聲場進(jìn)行仿真,得到了聲輻射力空間分布,接著利用ABAQUS有限元仿真軟件對該聲輻射力下的組織運動狀態(tài)進(jìn)行仿真,最后通過仿真結(jié)果對超快速彈性成像算法的成像效果進(jìn)行了評估。在GPU并行算法設(shè)計方面,本文選擇CUDA并行運算架構(gòu)對成像處理進(jìn)行并行化設(shè)計。針對超快速彈性成像處理流程設(shè)計了GPU并行運算程序框架,對不同的處理過程進(jìn)行了內(nèi)核函數(shù)的整合。然后對其中幾個處理過程的算法進(jìn)行了并行設(shè)計與實現(xiàn)。最后采用實驗數(shù)據(jù)對GPU的并行處理速度進(jìn)行了測試,結(jié)果表明,利用GPU進(jìn)行超快速彈性成像處理有較好的加速效果,在不失準(zhǔn)確性的情況下保證了成像實時性要求。
【關(guān)鍵詞】：超快速剪切彈性成像 有限元仿真 聲輻射力 GPU 并行計算
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TB559
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題研究背景及研究意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 超聲彈性成像技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 GPU高性能計算國內(nèi)外現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容12-15
• 第2章 超聲彈性成像理論基礎(chǔ)以及CUDA介紹15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 生物組織力學(xué)模型15-18
• 2.3 聲輻射力彈性成像基本原理18-20
• 2.4 CUDA并行架構(gòu)20-25
• 2.4.1 CUDA硬件結(jié)構(gòu)與編程模型21-23
• 2.4.2 CUDA存儲器模型23-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 超快速剪切彈性成像流程設(shè)計與實現(xiàn)26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 超快速剪切彈性成像基本原理26-28
• 3.3 超快速剪切彈性成像處理流程28-29
• 3.4 超快速剪切彈性成像處理算法研究29-36
• 3.4.1 組織位移估計29-31
• 3.4.2 剪切波速度估計31-35
• 3.4.3 方向濾波器設(shè)計35-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 超快速剪切彈性成像有限元仿真37-51
• 4.1 引言37
• 4.2 超快速剪切彈性成像仿真方案37-38
• 4.3 聲輻射力理論模型及仿真分析38-41
• 4.3.1 聲輻射力理論模型38-39
• 4.3.2 聲輻射力場仿真39-41
• 4.4 超快速剪切彈性成像有限元仿真分析41-44
• 4.4.1 有限元分析簡介41
• 4.4.2 超快速剪切彈性成像有限元仿真模型建立41-44
• 4.5 仿真與實驗結(jié)果分析44-50
• 4.5.1 有限元仿真結(jié)果分析44-48
• 4.5.2 實驗結(jié)果分析48-50
• 4.6 本章小結(jié)50-51
• 第5章 超快速剪切彈性成像并行算法設(shè)計與實現(xiàn)51-64
• 5.1 引言51
• 5.2 并行程序框架設(shè)計51-53
• 5.3 并行算法設(shè)計53-60
• 5.3.1 自相關(guān)估計并行算法53-54
• 5.3.2 閾值化處理并行算法54-56
• 5.3.3 快速中值濾波并行算法56-58
• 5.3.4 方向濾波器并行實現(xiàn)58-60
• 5.4 實驗結(jié)果分析60-63
• 5.5 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-66
• 參考文獻(xiàn)66-73
• 致謝73

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本文編號：1071700