加速醫(yī)學(xué)圖像三維重建算法研究.pdf

1、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可視化作為科學(xué)計(jì)算可視化應(yīng)用最成功的領(lǐng)域，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)從輔助診斷發(fā)展成為輔助治療的重要手段，并將深入到醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。體數(shù)據(jù)可視化(Volume Visualization)技術(shù)是醫(yī)學(xué)可視化的重要研究?jī)?nèi)容，其處理過程包括體數(shù)據(jù)的獲取、模型的建立、數(shù)據(jù)的映射、繪制等操作。體數(shù)據(jù)主要是通過采樣、模擬或建模等技術(shù)獲得的，在醫(yī)學(xué)中主要是指計(jì)算斷層造影(CT)、磁共振成像(MRI)、磁共振血管造影(MRA)、超聲波成像(US)、

2、正電子發(fā)射計(jì)算斷層造影(PET)、單光子發(fā)射計(jì)算斷層造影(SPEcT)等設(shè)備采樣的切片數(shù)據(jù)集。在醫(yī)學(xué)中，體可視化的目標(biāo)就是通過三維數(shù)據(jù)場(chǎng)可視化技術(shù)創(chuàng)建出能準(zhǔn)確反映人體的視覺影像。 本文的主要工作是研究醫(yī)學(xué)CT圖像二維切片序列的三維重建算法，討論三維重建的面繪制和體繪制算法，分析面繪制和體繪制中經(jīng)典算法的優(yōu)缺點(diǎn)。 在第四章，本文提出了一種高效利用緩存的加速光線投射算法，并用c++語言結(jié)合匯編語言實(shí)現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)單的醫(yī)學(xué)圖像三

3、維重建系統(tǒng)。根據(jù)中央處理器緩存的特點(diǎn)，將體數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的地址進(jìn)行交錯(cuò)，使得進(jìn)行三線性插值時(shí)原本在內(nèi)存中并不相鄰的采樣點(diǎn)相鄰的概率大大增加，利用處理器的硬件預(yù)取機(jī)制，提高了緩存命中率。 當(dāng)三線性插值結(jié)束，得到當(dāng)前采樣點(diǎn)的值，需要將其轉(zhuǎn)化為最終的顏色值，因此對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)都要查找顏色轉(zhuǎn)換表，本文將常用的表比如顏色查找表，以及光線與顏色累加緩沖區(qū)組織在連續(xù)的內(nèi)存地址，這樣處理器在進(jìn)行緩存預(yù)取時(shí)內(nèi)存地址沖突的概率就大大降低了。 在

4、數(shù)據(jù)的組織上，本文采樣了分塊的方法，將三維的體數(shù)據(jù)分成8×8的塊，利用了訪問數(shù)據(jù)時(shí)的局部性原則。此外，本方法采用了一系列優(yōu)化措施，如略過空體素與提前光線結(jié)束等，并使用多媒體指令集對(duì)關(guān)鍵代碼進(jìn)行了優(yōu)化。在加速的同時(shí)，本方法采用了后分類和三線性插值，保證了結(jié)果的精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本方法繼承了光線投射算法的優(yōu)點(diǎn)，生成的圖像質(zhì)量高，速度比傳統(tǒng)光線投射算法有很大提高。 本文的最后一章討論近年來成為研究熱點(diǎn)的基于可編程圖形處理器的三維重建