【摘要】：在X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed Tomography,CT)中,重建算法扮演著極其重要的角色,而重建速度與實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中的需求是分不開的。特別是,隨著面陣探測器的分辨率以及工程對(duì)重建圖像分辨率的提升,導(dǎo)致重建數(shù)據(jù)量驟增,現(xiàn)有重建算法的執(zhí)行效率無法滿足應(yīng)用要求。其次為了實(shí)現(xiàn)有限角度、稀疏角度、多能譜情況下的高質(zhì)量重建,迭代重建算法具有優(yōu)勢,但是計(jì)算復(fù)雜度高、重建速度慢、工程應(yīng)用受限。因此,本文從常用重建算法的硬件和軟件加速方式入手,在重建算法加速方面做了相關(guān)研究:1.硬件加速主要表現(xiàn)為借助CUDA架構(gòu)。當(dāng)前的GPU并行架構(gòu)在諸多重建加速上表現(xiàn)良好,但在處理高分辨圖像的重建中會(huì)遇到顯存不足以及CPU與GPU之間頻繁數(shù)據(jù)交換致使重建時(shí)間增長的問題。本文針對(duì)上述問題做了相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸線程的優(yōu)化。開辟專門的數(shù)據(jù)傳輸線程解決數(shù)據(jù)量龐大顯存不足的問題,將現(xiàn)有的CPU同GPU串行數(shù)據(jù)訪問模式更改為并行,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸和CT重建并行,有效提高了算法重建的速度和效率。2.軟件加速主要表現(xiàn)為優(yōu)化繁瑣的運(yùn)算和降低算法的復(fù)雜程度。實(shí)時(shí)成像和投影數(shù)據(jù)不足一直是CT技術(shù)的研究熱點(diǎn)。雖然迭代算法在投影數(shù)據(jù)不足和投影角度分布不均有著優(yōu)勢,但同樣會(huì)遇到重建迭代時(shí)間長,收斂速度慢的問題。針對(duì)問題本文以已經(jīng)獲得加速的OS-SPS算法為基礎(chǔ),研究了松弛線性化增廣拉格朗日實(shí)現(xiàn)方法。通過仿真驗(yàn)證,相比于OS-SPS算法,論文改進(jìn)的重建方法在迭代4次的時(shí)候開始收斂,有效提高了算法的收斂速度。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;O434.1
【圖文】：

CT 重建是多門學(xué)科知識(shí)結(jié)合的綜合性知識(shí)，重建從開始到結(jié)束的整個(gè)過程是既復(fù)雜性高又綜合性強(qiáng)。對(duì)于 CT 技術(shù)的研究者來說，詳細(xì)認(rèn)真的學(xué)習(xí) CT 重建的原理以及對(duì)成像系統(tǒng)和經(jīng)過的了解都是極其重要的。CT 圖像重建算法在 CT 成像系統(tǒng)的中扮演著至關(guān)重要的角色。只有通過對(duì)具體的 X 射線掃描方式、工作原理及重建的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)都理解，才可以開展對(duì) CT 重建算法的研究。2.1 CT 成像系統(tǒng)構(gòu)成完成整個(gè) CT 圖像的重建過程，從 X 射線束照射到探測目標(biāo)開始直到獲得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的斷層信息圖像，需要 CT 系統(tǒng)中的射線源系統(tǒng)、準(zhǔn)直器、探測器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、掃描機(jī)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等相互協(xié)作配合[48]。如圖 2.1 所示。

中北大學(xué)學(xué)位論文減來確定檢測目標(biāo)的結(jié)構(gòu)�，F(xiàn)有的 CT 成像系統(tǒng)主要用到的射線源有 X 射線管和直線加速器[49]。直線加速器借助磁場為管內(nèi)電子提速，讓其轟擊靶物質(zhì)，進(jìn)而產(chǎn)生 X 射線，主要用于工業(yè)和材料的檢測。實(shí)際上，直線加速器與 X 射線管的區(qū)別在于對(duì)電子的加速方式不同，而真正的工作原理是一致的。一個(gè)典型的 X 射線管的結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示，其結(jié)構(gòu)核心是陰極和陽極。 X 射線的產(chǎn)生過程為：在管電壓的作用下電子從陰極出發(fā)并向陽極運(yùn)動(dòng)，轟擊常用鎢絲制成的靶失去能量，其這部分能量以光子形式發(fā)出， X 射線由此產(chǎn)生。

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本文編號(hào)：2717145