三維錐束CT圖像重建加速技術(shù)研究.pdf

1、CT技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用是20世紀(jì)醫(yī)療技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。錐束CT具有掃描速度快、分辨率各向同性、射線利用率高等優(yōu)點(diǎn),在醫(yī)學(xué)診斷和工業(yè)無損檢測(cè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,成為當(dāng)今國(guó)際CT研究領(lǐng)域中最為活躍的前沿課題。然而錐束CT三維圖像重建的運(yùn)算量和數(shù)據(jù)傳輸量巨大,重建時(shí)間較長(zhǎng),只利用CPU進(jìn)行計(jì)算的方案已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代臨床和工程應(yīng)用的要求。因此,研究如何提高錐束CT重建算法的運(yùn)算速度并找到合適的解決方案具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用研究?jī)r(jià)值

2、。
　　 目前圖形處理器(GPU)已經(jīng)具有高度的大規(guī)模并行計(jì)算能力,并且具有良好的可編程性。因此根據(jù)FDK三維圖像重建算法可并行的特點(diǎn),研究了一種利用GPU統(tǒng)一并行計(jì)算架構(gòu)(CUDA)加速圖像重建過程的方法。論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:一是提出了一種并行FFT計(jì)算在GPU上的實(shí)現(xiàn)方法以加快重建算法中數(shù)據(jù)濾波的速度;二是利用CUDA技術(shù)在GPU上實(shí)現(xiàn)了FDK算法的加速計(jì)算,并根據(jù)GPU硬件和存儲(chǔ)器特點(diǎn),提出了優(yōu)化方法。
　　 本文首

3、先介紹CT成像的物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論,對(duì)平行束投影重建算法進(jìn)行分析和總結(jié);其次,對(duì)二維扇束CT重建算法基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行了概括,然后重點(diǎn)分析三維錐束CT圖像重建算法,研究FDK及其衍生算法在計(jì)算上的特點(diǎn);第三,快速傅里葉變換(FFT)是實(shí)現(xiàn)濾波的一個(gè)有力工具,本文研究了一種新型的適合GPU運(yùn)算的FFT并行計(jì)算方法,并通過CUDA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)此并行FFT算法在GPU上的運(yùn)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示本文的并行FFT方法最高可達(dá)到了46倍的加速效果:第四,本文分析

4、了FDK三維重建算法并行計(jì)算原理,研究運(yùn)用GPU技術(shù)加速FDK算法,在FDK算法的加權(quán)預(yù)處理,濾波和反投影三個(gè)階段,分別設(shè)計(jì)了適合CUDA的并行計(jì)算方法。同時(shí),根據(jù)GPU存儲(chǔ)器特點(diǎn),使用多種存儲(chǔ)器,優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和訪問,實(shí)現(xiàn)了CPU和GPU協(xié)調(diào)合作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該GPU圖像重建加速方法與CPU單獨(dú)重建相比獲得了150倍以上的加速效果,并且兩者的圖像質(zhì)量接近,平均誤差小于10-4。
　　 CUDA的推出,使得GPU具有更好的可編程