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基于有限角图像重建的两种迭代算法研究

电子测试 2011年第4期22卷 52-55页

作者：李毅吴琨中北大学理学院数学系太原030051

针对有限角度投影数据的CT图像重建问题,本文介绍了两种迭代算法,其中主要介绍了基于最小化图像总变差的优化准则的迭代重建算法——TV算法,以及简单介绍了改进后的ART算法,该算法的基本思想是运用已知角度的投影数据来补全未知角度的... 详细信息

针对有限角度投影数据的CT图像重建问题,本文介绍了两种迭代算法,其中主要介绍了基于最小化图像总变差的优化准则的迭代重建算法——TV算法,以及简单介绍了改进后的ART算法,该算法的基本思想是运用已知角度的投影数据来补全未知角度的投影数据,再用ART算法进行图像重建。最后用模拟的有限角度投影数据分别对这两种迭代算法进行了图像重建的数值实验,并对这两种迭代算法进行了比较。由实验结果可以看出这两种算法都不同程度地提高了重建图像的质量,但是改进的ART算法的图像迭代收敛速度更快些。

关键词：有限角图像总变差图像重建迭代算法

基于GPU的有限角度投影数据的CT三维重建

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基于GPU的有限角度投影数据的CT三维重建

作者：韩峰上海交通大学

学位级别：硕士

X射线计算机断层成像技术（CT, Computed Tomography）,无论在医学影像领域,还是在工业领域的无损检测中都有着广泛的应用。因此,研究CT的成像技术对临床诊断和工业检测具有重要的意义。应用变换法成像技术,传统的医学CT可以通过采集到... 详细信息

X射线计算机断层成像技术（CT, Computed Tomography）,无论在医学影像领域,还是在工业领域的无损检测中都有着广泛的应用。因此,研究CT的成像技术对临床诊断和工业检测具有重要的意义。应用变换法成像技术,传统的医学CT可以通过采集到完整的投影数据,快速地生成具有临床应用价值的医学图像。然而,在多数情形下,基于X射线的图像采集设备无法得到变换法成像技术所需的完整数据。例如,当CT成像技术应用在放射计划和治疗中时,为了避免脏器运动或减小剂量,图像采集设备只能获得有限角度的投影数据,其数量和结构往往无法达到变换法成像的技术要求,为了得到具有临床应用价值的图像,一般需要采用迭代重建算法。对于迭代重建算法,在获得有效的重建图像的同时,如何提高数据重建的速度,一直是国际上许多学者研究的方向。对于此类重建问题的研究,不仅在理论上而且在实际应用中都有很重要的意义。因此,本文着重研究基于有限角度投影数据的CT三维重建算法,并且对基于最小化图像总变差的优化准则的迭代重建算法——TV算法的快速实现和改进进行了深入的研究。首先将TV算法从二维重建推广到三维重建,并实现了运行在中央处理器（CPU）上的三维TV算法。然后,为了提高该算法的重建速度,利用可编程图形处理器（GPU）的并行计算能力,实现了基于通用GPU技术的三维TV算法。通过运用三维TV算法,对改进的三维Shepp-Logan数据模型进行仿真实验,从而证实了该算法对于有限角度投影数据的CT三维重建的有效性;实验结果表明三维TV算法的重建结果优于FDK和ART算法。同时,基于通用GPU技术的三维TV算法的效果也得到了验证:在获得可比的重建结果的情况下,基于通用GPU技术的算法实现有效地将重建速度提高了10倍左右。此外,对TV算法的优化方法进行了改进,并应用到二维Shepp-Logan数据模型的仿真实验,进而证实了在获得可比的重建结果的前提下,提高了算法的重建速度。本论文的主要贡献是:将二维TV算法推广到三维重建,应用于有限角度投影数据的CT三维重建;为了解决三维重建算法的高耗时问题,提出了基于通用GPU技术的算法实现;改进了TV算法的优化方法,加快了重建速度。

关键词：计算机断层成像有限角度投影数据三维重建图像总变差可编程图形处理器片段着色器

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基于CUDA的GPU加速迭代重建算法研究

基于CUDA的GPU加速迭代重建算法研究

作者：雷德川中国工程物理研究院

学位级别：硕士

X射线计算机断层扫描(CT)技术已广泛应用于临床和工业领域。其中CT重建算法作为CT技术的核心部分,一直是CT成像技术研究的热点。CT重建算法主要分为解析重建和迭代重建。解析重建为目前使用最为广泛的重建算法,其特点是重建速度快、成... 详细信息

X射线计算机断层扫描(CT)技术已广泛应用于临床和工业领域。其中CT重建算法作为CT技术的核心部分,一直是CT成像技术研究的热点。CT重建算法主要分为解析重建和迭代重建。解析重建为目前使用最为广泛的重建算法,其特点是重建速度快、成像质量好,但需要均匀分布在180°或360°范围内的足够投影数据。然而在实际应用中,常无法获得满足这样要求的投影数据,如剂量限制导致投影数据分布稀疏,或者射线无法穿过高密度区域导致投影数据的丢失。在有限角度投影数据情况下,采用解析法重建将导致严重伪影。这种情况下,为了获得较好的重建图像,通常采用迭代重建算法。迭代重建算法适用于各种形式的采集数据,即使是有限角度投影数据的情况,也能重建出较好的图像,但是重建计算量大,重建时间长。目前,重建速度已成为制约其广泛应用的最大瓶颈。因此,研究如何提高迭代重建算法的效率,在理论和实际应用中都具有较高的价值。本文利用基于计算机统一设备架构(CUDA)的高性能并行计算图形处理器(GPU)对迭代重建算法加速进行了研究,主要研究内容如下：1)采用CUDA对经典的联合代数迭代重建算法(SART)进行了加速,根据其正投影和反投影的特点,采用了两种主要技术将SART融入CUDA架构：(1)正投影采用带有GPU三维纹理插值的射线驱动;(2)反投影采用带有共享存储器的体素驱动,可避免一些冗余计算。根据射线和体素的独立性我们采用以上两种技术设计CUDA内核,其中每个内核代表计算一条射线的投影值或计算一个体素的反投影值。因此,可以实现大量的并行化,显著提升计算性能。2)对TV算法进行了研究,将TV最小化算法与SART重建算法相结合,提出了TV-SART重建算法,并采用CUDA对其进行了加速。模拟和实际实验表明,TV-SART能很好的抑制噪声,获得十分平滑的重建图像。3)在单GPU基础上,本文提出了多GPU加速重建。利用了多个GPU内核的计算能力,在保证图像质量的情况下,进一步提高了重建速度;克服了工程中重建数据量较大,单GPU显存不足的问题引起的内存与显存之间数据的频繁传输,减少了数据传输时间。

关键词：计算机断层成像计算机统一设备架构多GPU 图像总变差联合代数重建算法

基于不完备投影数据重建的四种迭代算法比较研究

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CT理论与应用研究（中英文） 2012年第2期21卷 169-178页

作者：阙介民王燕芳孙翠丽魏存峰史戎坚魏龙北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心北京100049 中国科学院高能物理研究所核分析技术重点实验室北京100049 中国科学院研究生院北京100049

在发射成像和穿透成像过程中,由于各种原因会造成投影数据不完备,若仍采用传统解析方法重建出的图像会产生伪影,而迭代算法则可以很好地改善图像质量。本文应用不同的迭代算法分别就真实标准线对测试卡的稀疏投影数据和有限角度投影数... 详细信息

在发射成像和穿透成像过程中,由于各种原因会造成投影数据不完备,若仍采用传统解析方法重建出的图像会产生伪影,而迭代算法则可以很好地改善图像质量。本文应用不同的迭代算法分别就真实标准线对测试卡的稀疏投影数据和有限角度投影数据进行重建,定量分析比较它们各自的优缺点,为几种迭代算法的工程或临床应用提供重要参考。

关键词：稀疏投影有限角投影迭代算法图像总变差 MAP

基于通用GPU技术的三维TV算法的快速实现

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北京生物医学工程 2009年第5期28卷 472-476,547页

作者：韩峰张继武上海交通大学生物医学工程系上海200240 Carestream Health全球研发中心上海201206

TV算法是一种很好的有限角度投影数据图像重建算法,但在应用于三维的有限角度投影数据重建时,该算法存在的高耗时问题就更为突出并成为其应用瓶颈。本文提出了一套基于通用GPU技术在图形处理器上快速实现的三维TV算法。实验结果表明,与... 详细信息

TV算法是一种很好的有限角度投影数据图像重建算法,但在应用于三维的有限角度投影数据重建时,该算法存在的高耗时问题就更为突出并成为其应用瓶颈。本文提出了一套基于通用GPU技术在图形处理器上快速实现的三维TV算法。实验结果表明,与运行在CPU上的三维TV算法相比,该算法在获得可比的重建结果的前提下,有效地提高了重建速度。

关键词：有限角度投影重建图像总变差图形处理器三维重建