本文關(guān)鍵詞：基于GPU的實(shí)時(shí)自由臂三維超聲成像

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【摘要】：在醫(yī)療診斷中,超聲檢測(cè)因其成本低、成像快、無(wú)電離輻射等優(yōu)勢(shì)而在臨床上受到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的二維超聲成像方法能夠?qū)崟r(shí)地提供診斷組織的截面信息,但卻無(wú)法幫助醫(yī)生了解掃描部位的解剖結(jié)構(gòu)。醫(yī)生需要依靠自己的經(jīng)驗(yàn)去想象掃描區(qū)域的三維結(jié)構(gòu),因此也就降低了診斷的準(zhǔn)確性。為了解決此局限性,三維超聲成像被提出并應(yīng)用于實(shí)際醫(yī)療診斷中。三維超聲成像能夠給醫(yī)生提供直觀的三維信息,使得醫(yī)生能夠很好地了解目標(biāo)部位的空間信息和解剖結(jié)構(gòu),大大提高了臨床診斷的準(zhǔn)確性。但三維超聲成像也存在重建計(jì)算量大,重建過程耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn),導(dǎo)致在一些實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用場(chǎng)景中,很難得到應(yīng)用。如果能夠在掃描得到原始二維圖像的同時(shí)實(shí)時(shí)重建和顯示三維體,將使得三維超聲成像在醫(yī)療診斷應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。本文提出了一種基于圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)的實(shí)時(shí)自由臂三維超聲成像系統(tǒng)。在三維重建算法的選擇上,考慮到重建速度和重建質(zhì)量的平衡,我們選用了平方距離加權(quán)(Squared Distance Weighted,SDW)插值算法和貝塞爾插值算法。為了達(dá)到實(shí)時(shí)的三維重建,我們把選用的重建算法并行化,并借用GPU的并行計(jì)算能力處理計(jì)算量最大的三維重建和顯示部分,以期能夠?qū)崿F(xiàn)在掃描組織的同時(shí)實(shí)時(shí)的增量重建和顯示三維體。為了驗(yàn)證選用的三維重建算法實(shí)時(shí)可視化重建三維體的可行性,本文利用一組體外數(shù)據(jù)和一組體內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行了離線模擬實(shí)時(shí)成像的實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用SDW的并行化重建方案達(dá)不到實(shí)時(shí)的重建效果,而并行化的貝塞爾插值算法實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的可視化重建,達(dá)到最高119幀/秒的重建速度(二維B超圖像獲取幀率為25幀/秒)。因此,本文選用了貝塞爾插值算法作為三維超聲實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)的重建算法。在線的實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)上,我們分別對(duì)胎兒體膜的手指以及人體手指進(jìn)行了掃描重建實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,完成的基于GPU的實(shí)時(shí)三維超聲成像系統(tǒng)達(dá)到了邊掃描邊重建顯示三維體的實(shí)時(shí)效果,在醫(yī)療診斷上具有很高的使用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：三維超聲重建 實(shí)時(shí)成像 圖形處理器(GPU) 并行計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;R445.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景與意義10-12
• 1.2 自由臂超聲三維成像重建算法概述12-15
• 1.3 實(shí)時(shí)自由臂超聲三維成像的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.4 本文的工作概要和章節(jié)安排16-18
• 1.4.1 論文工作概要16-17
• 1.4.2 論文章節(jié)安排17-18
• 第二章 自由臂三維超聲成像18-27
• 2.1 引言18-19
• 2.2 數(shù)據(jù)獲取19-20
• 2.3 三維重建20-25
• 2.3.1 SDW三維插值算法21-23
• 2.3.2 貝塞爾三維插值算法23-25
• 2.4 三維可視化25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-27
• 第三章 GPU并行計(jì)算技術(shù)概述27-33
• 3.1 引言27-28
• 3.2 GPU并行計(jì)算及CUDA編程模型28-30
• 3.3 GPU并行計(jì)算應(yīng)用發(fā)展30-31
• 3.4 本章小結(jié)31-33
• 第四章 實(shí)時(shí)自由臂超聲三維成像的實(shí)現(xiàn)33-40
• 4.1 實(shí)時(shí)系統(tǒng)總體方案33-36
• 4.1.1 數(shù)據(jù)掃描方式34
• 4.1.2 實(shí)時(shí)可視化重建34-36
• 4.2 增量的SDW三維重建36-37
• 4.3 增量的貝塞爾三維重建37-39
• 4.4 本章小結(jié)39-40
• 第五章 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析40-50
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成40-42
• 5.1.1 硬件組成40-41
• 5.1.2 軟件組成41-42
• 5.2 離線模擬實(shí)時(shí)成像42-48
• 5.2.1 SDW模擬實(shí)時(shí)重建42-45
• 5.2.2 貝塞爾模擬實(shí)時(shí)重建45-48
• 5.3 在線實(shí)時(shí)自由臂超聲三維成像48-49
• 5.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-52
• 參考文獻(xiàn)52-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果58-59
• 致謝59-60
• 附件60

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