基于SystemVerilog的CBCT图像重建中关键模块的建模

摘要

当前螺旋锥束 CT(Cone-Beam Computed Tomography)在医学中的应用引起了广泛的关注,因为螺旋锥束CT具有很多的优势,包括采集速度非常快,检测效率高以及图像的分辨率高等。CBCT图像重建的算法中Katsevich算法可以精确的实现图像重建,所以对于Katsevich算法的研究一直未停止过。
　　本文主要针对Katsevich算法中的几个关键模块进行了硬件建模,而采用的硬件建模语言为SystemVerilog,这是因为SystemVerilog语言的一些特性,例如新数据类型、always块的分类以及接口的引入,使得整个硬件建模更加的简洁和准确。对CBCT图像重建中的微分求导、插值算法和反投影运算进行了SystemVerilog硬件建模与仿真,同时对每一个模块中最关心的内存利用和速度加快进行了优化。在微分求导的建模过程中通过使用简单的逻辑运算和选择器使设计中内存的利用减少了1/4;插值计算通过采用流水线结构来加快运算的速度;整个 CBCT图像重建中最重要的一步就是反投影运算,不仅需要花费很大的内存空间来存储数据,而且运算的时间也是最长的。本设计采用了一种新的实现方案,即更新域的方法,使得只需要存储一帧数据的内存空间就可以完成整个反投影运算,同时由于流水线的结构,运算所花费的时间也降到了很低。最后通过仿真验证得出整个设计在很少的内存利用和很快的重建速度的要求内,所得到的结果是正确的。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 Katsevich重建算法的研究

2.1 CT图像重建的物理基础

2.2 Katsevich算法的数学理论基础

2.3 本章小结

第3章 SystemVerilog语言简介

3.1 SystemVerilog的特性

3.2 SystemVerilog在CBCT图像重建中的应用

3.3 SystemVerilog在验证方面的应用

3.4 本章小结

第4章 基于SystemVerilog的CBCT硬件建模

4.1 微分求导的硬件建模

4.2 插值算法的硬件建模

4.3 反投影运算的硬件建模

4.4 本章小结

第5章 CBCT图像重建的仿真

5.1 微分求导的仿真

5.2 插值算法的仿真

5.3 反投影运算的仿真

5.4 重建中内存与速度的分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢