基于GPU加速的三维超声成像系统

摘要

三维超声成像是医学影像学领域的新技术，相对于传统的二维超声成像，图像显示更加直观。但是三维超声的数据量远大于二维超声，图像数据的体重建和体绘制的计算量都非常大，严重影响了三维超声成像系统的速度。图形处理单元(GPU)的发展为解决三维超声成像的速度瓶颈提供了新的途径。GPU具有强大的并行计算能力和可编程性，广泛应用于三维数据可视化、图像及信号处理、计算机视觉的加速处理中。本文将 GPU应用于三维超声成像系统中，实现了基于GPU加速的体重建和体渲染，有助于加快成像速度，提高图像质量，降低系统成本。
　　本文实现的基于GPU加速的体重建算法将坐标变换和插值运算分别映射成三维纹理的坐标计算和拾取过程，用GPU的并行插值代替 CPU的串行插值，大大加快了重建速度。并将体重建与后端的体绘制结合起来，只对体重建中的重采样点进行重建，而不是对所有体数据进行重建，避免产生大量冗余数据，减少了计算量。
　　光线投射算法是一种典型的体绘制算法，具有成像效果好，能显示体数据的深层次细节的优点，但是计算量非常大，传统算法中所有的计算过程均由CPU完成，速度较慢。本文实现的基于GPU加速的光线投射算法，将传统算法中的重采样、颜色和透明度传递和图像合成转移到GPU中，利用了GPU强大的并行计算能力，使体数据的实时绘制成为可能。与传统算法相比，成像速度大大提高，而且通过将体素的梯度信息作为法向量还能够实现像素级光照计算，使图像看起来更加平滑连续，增强了图像的真实感。本文实现的基于GPU加速的光线投射算法还使用了光线提前终止技术，即当透明度接近1时就提前终止光线的累积过程，进一步提高了算法的执行效率。

目录

基于 GPU 加速的三维超声成 像

GPU Accelerated 3D Ultrasound Imaging System

目 录

摘 要

Abstract

第 1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2 三维超声成像的发展

1.3 体绘制算法的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第 2章 三维超声成像中 三维超声成像中 三维超声成像中 三维超声成像中 三维超声成像中 三维超声成像中 三维超声成像中 GPUGPUGPU编程的应用 编程的应用 编程的应用 编程的应用 编

2.1 引言

2.2 三维超声成像的实现方案

2.3 OpenGL图形管线及GPU编程

2.4 本章小结

第3 章 三维超声数据的体重建

3.1 引言

3.2 体重建基本流程

3.3 体重建插值算法概述

3.5 三维超声数据体重建的GPU实现

3.4 最近邻域DW 插值算法详述

3.6 本章小结

第 4章 三维超声数据的体绘制

4.1 引言

4.2 体绘制算法概述

4.3 光线投射算法详述

4.4 光线投射算法的GPU实现

4.5 本章小结

第 5章 结果分析

5.1 开发环境

5.2 实验结果

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢