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Hardware-accelerated automatic three-dimensional nonrigid image registration.

机译:硬件加速的自动三维非刚性图像配准。

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摘要

Software implementations of 3D nonrigid image registration, an essential tool in medical applications like radiotherapies and image-guided surgeries, run excessively slow on traditional computers. These algorithms can be accelerated using hardware methods by exploiting parallelism at different levels in the algorithm. We present here, an implementation of a free-form deformation-based algorithm on a field programmable gate array (FPGA) with a customized, parallel and pipelined architecture. We overcome the performance bottlenecks and gain speedups of up to 40x over traditional computers while achieving accuracies comparable to software implementations. In this work, we also present a method to optimize the deformation field using a gradient descent-based optimization scheme and solve the problem of mesh folding, commonly encountered during registration using free-form deformations, using a set of linear constraints. Finally, we present the use of novel dataflow modeling tools to automatically map registration algorithms to hardware like FPGAs while allowing for dynamic reconfiguration.
机译:3D非刚性图像配准的软件实现是放射治疗和图像引导手术等医疗应用中的必不可少的工具,在传统计算机上运行速度非常慢。通过利用算法中不同级别的并行性,可以使用硬件方法来加速这些算法。我们在这里介绍了一种具有自定义,并行和流水线架构的现场可编程门阵列(FPGA)上基于自由变形的算法的实现。我们克服了性能瓶颈,并获得了比传统计算机高40倍的加速,同时获得了与软件实现相当的精度。在这项工作中,我们还提出了一种使用基于梯度下降的优化方案来优化变形场的方法,并使用一组线性约束来解决在使用自由形式变形进行配准时经常遇到的网格折叠问题。最后,我们介绍了使用新颖的数据流建模工具将注册算法自动映射到FPGA等硬件,同时允许动态重新配置。

著录项

  • 作者

    Hemaraj, Yashwanth.;

  • 作者单位

    University of Maryland, College Park.$bElectrical Engineering.;

  • 授予单位 University of Maryland, College Park.$bElectrical Engineering.;
  • 学科 Engineering Electronics and Electrical.; Health Sciences Radiology.; Biophysics Medical.
  • 学位 M.S.
  • 年度 2007
  • 页码 132 p.
  • 总页数 132
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 无线电电子学、电信技术;预防医学、卫生学;生物物理学;
  • 关键词

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