本文關(guān)鍵詞：基于GPU的實時超聲彈性成像方法研究

  更多相關(guān)文章： 超聲彈性成像 位移估計 GPU 并行計算

【摘要】：生物組織的彈性(硬度)變化往往與其病理變化有關(guān),因此組織的彈性信息能作為許多疾病的診斷依據(jù),如腫瘤、乳腺癌等。超聲彈性成像是繼黑白B超和彩超之后的一種新的超聲成像技術(shù),其基本思想是從超聲信號中獲取生物組織的彈性(硬度)信息并進行成像。但是超聲彈性成像數(shù)據(jù)計算量大,無法做到實時成像,臨床應(yīng)用受到限制,因此超聲實時彈性成像成為了目前醫(yī)學(xué)超聲成像中研究的熱點和重點。本文的研究重點主要有兩個方面:1、如何使用GPU這一技術(shù)手段對當前超聲彈性成像的位移估計算法進行程序上的改進,利用GPU的高并行計算能力,對算法中計算密集的地方進行加速。2、針對GPU編程上的特性,改進當前算法,在不降低計算精度的情況下,使之更適合在GPU上計算。本文研究了超聲彈性成像當前常用的位移估計算法:1、基于時域的一維互相關(guān)位移估計法;2、基于相位信息的位移估計法。相位信息算法又分為Doppler運動估計法和相位過零檢測算法。本文從計算機編程入手,將原有的串行計算程序移植到了GPU上。結(jié)合時域互相關(guān)算法和相位檢測算法在GPU上計算的優(yōu)點,本文提出了一種改進的相位互相關(guān)算法。該方法利用希爾伯特變換構(gòu)造解析信號,通過對應(yīng)計算窗口的一次積合運算得到剪切波的相位信息,然后再對相位信息進行三次樣條插值,彌補因采樣而遺失的信息,最后利用相位信息求得剪切波速度。為了提高整體計算速度,本文也對希爾伯特變換和三次樣條插值進行了GPU上的計算研究。通過與CPU對比,計算速度大大提高,且計算精度與傳統(tǒng)算法并未有明顯區(qū)別。本文通過實驗對上述基于GPU編程的算法計算出的結(jié)果進行了對比。首先利用Field II產(chǎn)生仿真數(shù)據(jù),在4.8um和48um兩個位移處,分別對這四種算法進行了克拉美羅下界、抖動誤差以及平均誤差分析。最后利用生物仿真模型,采集了不同深度處的數(shù)據(jù),直接進行楊氏模量計算值的對比。本文提出的算法在計算精度上和常用算法并未有明顯區(qū)別,但是計算速度大大提高。最后本文對研究工作進行了總結(jié),并在此基礎(chǔ)上對后續(xù)的研究方向進行了展望。
【關(guān)鍵詞】：超聲彈性成像 位移估計 GPU 并行計算
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP18;R445.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 引言8-13
• 1.1 本課題選題依據(jù)和研究意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-13
• 1.2.1 超聲彈性技術(shù)分類9
• 1.2.2 超聲彈性成像位移估計算法介紹9-11
• 1.2.3 超聲彈性成像技術(shù)發(fā)展11
• 1.2.4 論文研究內(nèi)容與章節(jié)安排11-13
• 第二章 超聲彈性成像技術(shù)13-25
• 2.1 常規(guī)B超成像13-15
• 2.1.1 生物組織的聲學(xué)參數(shù)13-15
• 2.2 生物基本力學(xué)模型15-17
• 2.2.1 胡克定律16
• 2.2.2 廣義胡克定律16-17
• 2.3 聲輻射力成像原理17-19
• 2.3.1 聲束序列及數(shù)據(jù)獲取18-19
• 2.4 GPU編程介紹19-24
• 2.4.1 GPU并行編程模型20-21
• 2.4.2 GPU的內(nèi)存模型21-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 第三章 常用位移估計算法介紹及在GPU上的實現(xiàn)25-45
• 3.1 聲輻射力位移估計算法25-28
• 3.1.1 信號的互相關(guān)計算25-26
• 3.1.2 一維時域互相關(guān)計算在組織位移估計中的應(yīng)用26
• 3.1.3 歸一化互相關(guān)運算（NCC）的GPU實現(xiàn)26-28
• 3.2 基于相位的位移估計計算28-32
• 3.2.1 Kassai’s和Loupas’s相移估計算法29-30
• 3.2.2 Loupas’s位移估計算法的GPU實現(xiàn)30
• 3.2.3 相位零估計算法30-31
• 3.2.4 基于GPU實現(xiàn)的零相位估計算法31-32
• 3.4 本論文提出的快速位移估計算法32-44
• 3.4.1 解析信號構(gòu)造及GPU實現(xiàn)33-35
• 3.4.2 積和運算求相位35-38
• 3.4.3 三次樣條插值38-41
• 3.4.4 三次樣條插值的GPU實現(xiàn)41-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 實驗結(jié)果與分析45-52
• 4.1 仿真數(shù)據(jù)實驗與分析45-49
• 4.1.1 克拉美羅下界分析45-46
• 4.1.2 同信噪比下不同位移的抖動誤差和平均誤差46-48
• 4.1.3 各算法計算速度的比較48-49
• 4.2. 仿體數(shù)據(jù)研究49-51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-57
• 攻讀學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果57

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 甄斌,萬明習;超聲彈性成象組織運動相關(guān)估計與解相關(guān)性[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;1997年09期

，

本文編號：643281