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MRI图像重建网格化算法的研究进展

国外医学（生物医学工程分册） 2001年第4期24卷 145-148页

作者：钱勇先高智勇林家瑞华中科技大学生物医学工程研究所湖北武汉430074

磁共振成像常常是在空间频率域不同间隔地采集数据的。为了利用快速傅里叶变换进行图像重建 ,采集到的 MRI数据必须用网格化算法转换到等间隔的直线网格上。目前有 6种不同的网格化算法 ,其中 Jackson的 Gridding法和Rosenfeld的矩阵反... 详细信息

磁共振成像常常是在空间频率域不同间隔地采集数据的。为了利用快速傅里叶变换进行图像重建 ,采集到的 MRI数据必须用网格化算法转换到等间隔的直线网格上。目前有 6种不同的网格化算法 ,其中 Jackson的 Gridding法和Rosenfeld的矩阵反演法已成为该领域的主流方法 ,但两者都不太完善。

关键词：网格化算法图像重建磁共振成像研究进展

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基于Campo布置的定日镜场分布应用研究

可持续能源 2024年第2期14卷 21-39页

作者：阮泽宇赵乃樵刘雅澜杨萍重庆交通大学信息科学与工程学院重庆重庆交通大学数学与统计学院重庆重庆交通大学经济与管理学院重庆

定日镜场子系统与塔式太阳能热发电系统的综合性能紧密相连,它是塔式太阳能热发电站中的核心子系统之一。由于定日镜场包含大量的定日镜,并且在电站建设完成后,定日镜的安置位置无法更改,所以对定日镜场的初始布局规划显得格外关键。传... 详细信息

定日镜场子系统与塔式太阳能热发电系统的综合性能紧密相连,它是塔式太阳能热发电站中的核心子系统之一。由于定日镜场包含大量的定日镜,并且在电站建设完成后,定日镜的安置位置无法更改,所以对定日镜场的初始布局规划显得格外关键。传统的定日镜布局方式未能有效地控制发生定日镜场的能量损失。本文运用Campo布置模型,建立了基于动态规划、Camop布置和光学追迹的定日镜布置模型,计算单位镜面面积年平均输出热功率,并与传统的放射状栅格法布置下单位镜面面积年平均输出热功率进行对比。研究结果表明:当定日镜场在年平均输出热功率固定的情况下,Campo布置相较于传统的放射状栅格法布置,单位镜面面积年平均输出热功率提升了20.52%,并且极大优化了土地的使用效率。

关键词： Campo布置定日镜场光线追迹法网格化算法

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快速回波平面磁共振谱成像数据重建算法

生物医学工程学杂志 2005年第4期22卷 658-662页

作者：黄敏卢松涛林家瑞华中科技大学生物医学工程研究所武汉430074

传统的相位编码磁共振谱成像采集数据需要很长的时间,使得其在临床上的应用受阻。快速回波平面谱成像(Echoplanarspectroscopicimaging,EPSI)技术采用随时间变化的梯度对谱维和空间维同时进行编码,大大减少了数据采集时间。同时,改进EPS... 详细信息

传统的相位编码磁共振谱成像采集数据需要很长的时间,使得其在临床上的应用受阻。快速回波平面谱成像(Echoplanarspectroscopicimaging,EPSI)技术采用随时间变化的梯度对谱维和空间维同时进行编码,大大减少了数据采集时间。同时,改进EPSI的读出梯度形式还可以提高‘空间-谱’的分辨率。EPSI数据重建算法比较复杂在t方向先分别对奇偶回波数据进行快速傅立叶变换(FastFouriertranslation,FFT),再利用‘偏移’理论进行组合;在kx方向采用网格化算法将不等间隔采集的数据转换到等间隔的直线网格上,再利用FFT进行图像重建;ky方向是相位编码,不需要转换,直接进行FFT即可。

关键词：磁共振谱成像回波平面谱成像数据重建重建算法平面回波快速傅立叶变换 Fourier 网格化算法相位编码

磁共振线圈通道压缩算法在径向快速采集中的应用

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磁共振线圈通道压缩算法在径向快速采集中的应用

作者：王晶浙江大学

学位级别：硕士

磁共振并行成像技术利用多通道接收线圈空间灵敏度信息弥补空间编码不足,能够有效提升数据采集速度,改善图像信噪比。但是,随着接收线圈通道数量的不断增多,数据存储量以及计算复杂度也越来越大,尤其是在一些迭代计算中,因此数据处理和... 详细信息

磁共振并行成像技术利用多通道接收线圈空间灵敏度信息弥补空间编码不足,能够有效提升数据采集速度,改善图像信噪比。但是,随着接收线圈通道数量的不断增多,数据存储量以及计算复杂度也越来越大,尤其是在一些迭代计算中,因此数据处理和图像重建时间也随之增加。这对于磁共振三维采集、动态成像、实时成像以及快速成像而言,是一个亟需解决的问题。线圈通道压缩技术可以通过将多个接收线圈通道的原始数据通过线性拟合的方法得到较少的虚拟线圈通道,从而能够有效减少重建时间,同时没有丢失多通道接收线圈阵列的数据采集优势。目前,该技术在笛卡尔采样方式下已经得到了一定程度的应用,但是在非笛卡尔采样方式下的实现和应用却未见诸多报道。对此,本文首先研究和实现了磁共振线圈通道压缩技术在非笛卡尔采样方式下的应用,并以线性角径向采集和黄金角径向采集为例开展工作。本文主要内容包括:(1)研究和实现了基于线性角径向采集的GRAPPA(generalized auto-calibrating partially parallel acquisitions)和基于黄金角径向采集的 SPIRiT(iterative self-consistent parallel imaging reconstruction)的未采样数据恢复,并用网格化算法重建图像。(2)研究和实现了单一线圈通道压缩算法(single coil compression,SCC)和几何分解线圈通道压缩算法(geometric-decomposition coil compression,GCC)在径向快速采集中的应用,并在不同欠采样情况下对比两种算法重建所得图像与利用所有原始线圈通道数据重建所得图像的差异,计算重建时间分析算法效率,以及加入噪声后分析去噪能力。结果表明:SCC和GCC均能获得与所有原始线圈通道数据重建所得图像质量相当的结果,而在高倍欠采时更显优势,且在相同情况下GCC均优于SCC。SCC和GCC在去噪实验中也体现出更好的噪声容忍性,且GCC优于SCC。此外,SCC和GCC能有效减少重建时间,具有高效性。

关键词：磁共振并行成像线圈通道压缩线性角径向采集黄金角径向采集 GRAPPA SPIRiT 网格化算法 SCC GCC

基于Radial采样的实时在线动态磁共振成像技术研究

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基于Radial采样的实时在线动态磁共振成像技术研究

作者：汪旭杭州电子科技大学

学位级别：硕士

磁共振成像技术因其分辨率高、无辐射、多参数、多方位等优点,在医学上备受关注并广泛应用。磁共振成像常受到扫描时间较长的限制,在心脏动态成像等临床应用中,常常不能满足实时在线成像的需求,这也在一定程度上制约其应用。所以,提高... 详细信息

磁共振成像技术因其分辨率高、无辐射、多参数、多方位等优点,在医学上备受关注并广泛应用。磁共振成像常受到扫描时间较长的限制,在心脏动态成像等临床应用中,常常不能满足实时在线成像的需求,这也在一定程度上制约其应用。所以,提高磁共振成像的速度,尤其是动态磁共振成像的速度,已成为磁共振成像领域的热点研究问题。动态磁共振成像有离线重建和在线成像两种方式,目前临床应用中常采用离线重建的方式,而实时在线成像的研究还处于刚刚起步的阶段。实时在线动态磁共振成像,对成像速度要求非常高。成像速度主要受到数据采集速度和图像重建速度两方面的影响。已提出的实时在线成像采用笛卡尔采样和基于预测的稀疏图像重建方式,其成像速度还不能完全满足临床实时在线的需求,需要进一步提高成像速度。相比于笛卡尔采样,非笛卡尔采样具有数据采集速度快和对物体的运动不敏感等优点。但是非笛卡尔采样由于其采样的数据的不均匀,在重建过程不能直接利用傅里叶变换,需要对其做网格化处理,使其数据落在均匀的笛卡尔坐标系下,然而这一过程非常耗时,限制了非笛卡尔采样的临床应用。GPU(Graphic Processing Unit)具有并行计算优势,可采用GPU来加速磁共振成像的重建速度。本文主要研究实时在线动态磁共振成像,提出采用非笛卡尔的Radial采样方式来获取图像数据,基于GPU来加速非笛卡尔数据的网格化重建过程,以进一步提高实时在线成像速度。本文完成的工作及创新点如下:1)研究实时在线算法的原理及实现方法。研究了改进的帧预测技术在实时在线动态磁共振成像上的应用,采用运动估计/运动补偿算法进行帧预测,利用重叠块运动补偿算法对预测帧进行补偿,运动估计/运动补偿算法相比于简单的帧预测算法,提高了实时在线成像的质量。2)在数据采样方面,我们采用非笛卡尔轨迹中的Radial采样轨迹。Radial采样同时使用两个编码梯度磁场,在频率编码方向和相位编码方向同时采集数据,使得在数据采集阶段大大缩短了时间,但是获取到的数据却不能直接基于快速傅里叶变换来成像,这是因为Radial采样的数据点并非落在均匀的笛卡尔网格下,需要对其进行均匀化处理,我们利用网格化算法将其插值到均匀的笛卡尔坐标下,再重建成像。实验结果表明,在相同的欠采样率下,Radial采样的数据采集速度和重建的图像质量要远远高于笛卡尔采样的方式。3)Radial轨迹采集到的数据是非均匀的,需要对其网格化处理。在应用网格化算法的时候,我们利用GPU并行计算的能力,提高网格化的效率,缩短重建时间,期望加快图像重建速度,实验结果也表明了在其它外部条件相同的情况下,相较于CPU重建,GPU重建的加速比达到了12倍有余。本文从磁共振成像理论到实时在线成像算法再到非笛卡尔采样与重建,提出了切实可行的实时在线动态磁共振成像方法,对于利用非笛卡尔采样轨迹来进一步提高实时在线动态磁共振成像中起了一定的积极作用。

关键词：动态磁共振成像实时在线成像 Radial采样网格化算法 GPU加速

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基于移动通信大数据的人口监测分析方法研究

基于移动通信大数据的人口监测分析方法研究

作者：李璨北京交通大学

学位级别：硕士

随着城市化进程加快,城市人口急剧增加,导致流动人口分布规律不清晰,居民出行特征不尽相同,传统的交通调查方法,耗费巨大的财力物力人力资源,同时数据的连续性、实时性较差,很难反映当前最真实的流动人口情况和活动规律。随着科技水平... 详细信息

随着城市化进程加快,城市人口急剧增加,导致流动人口分布规律不清晰,居民出行特征不尽相同,传统的交通调查方法,耗费巨大的财力物力人力资源,同时数据的连续性、实时性较差,很难反映当前最真实的流动人口情况和活动规律。随着科技水平的进步与发展,手机的普及以及手机信令数据给交通系统带来了新的研究手段和方向。本论文通过将移动通信网络中的手机作为一种交通探测器,利用手机信令数据中的位置、时间、个人属性等信息,结合基站工参数据,提出基于移动通信数据的网格化算法和基于交通语义标定的人口口径算法,在提高人口统计调查精度的同时,将人口按照不同交通属性进行分类。在此基础上,研究提出对人口数量、结构、相关指数、时空分布及交通态势等不同维度进行分析,最终形成基于移动通信大数据的人口监测分析方法。为验证此人口监测分析方法的有效性和合理性,本文以回龙观天通苑地区为实例,运用此方法对其区域内的人口数量、结构进行统计分析,并利用所得数据对人口相关指数进行计算和剖析,同时结合地理信息数据和城市POI数据对研究区域内的职住时空分布、活跃人口分布、交通态势等进行可视化展示,最终总结得出回龙观天通苑地区人口、交通、职住等方面的现状与问题,为指导规划建设、政策决断提供科学合理的数据支撑。通过实例分析和验证,由此确定本论文提出的基于移动通信大数据的人口监测分析方法具有较强的可实施性。此方法的合理运用可以为传统交通调查提供智能化、科学化的数据支撑服务,为区域人口调控、交通规划、社会治理等工作提供大数据新引擎,为政府部门的宏观管理、决策规划提供更人性化、更便捷的创新应用与服务模式。

关键词：手机信令数据人口监测网格化算法时空分布交通态势

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陕西某古遗址地球物理探测技术综合研究

陕西某古遗址地球物理探测技术综合研究

作者：王春庆中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

考古,在中国有着近百年的历史,而地球物理探测技术应用于考古也有近六十年的历史了,随着考古事业的发展及地球物理方法自身的发展和完善,应用地球物理探测技术进行考古已成为大势所趋。高精度磁法技术是一种有效的地球物理勘探方法,用... 详细信息

考古,在中国有着近百年的历史,而地球物理探测技术应用于考古也有近六十年的历史了,随着考古事业的发展及地球物理方法自身的发展和完善,应用地球物理探测技术进行考古已成为大势所趋。高精度磁法技术是一种有效的地球物理勘探方法,用于考古研究开始于1958年。野外考古勘探的对象通常是地下古窑址、古冶炼遗址、古墓葬和古建筑遗址等古代遗存,它们通过多种方式获得—定的磁性,这些磁性,在一定的条件下成为高精度磁法考古的重要依据。高精度磁法技术较之其他方法方便、快速、少成本,尤其是对于大面积普查效果明显,加之近年来各类高灵敏度磁力仪和磁梯度仪的出现,则使高精度磁法技术更广泛地用于考古调查研究,为进一步探测磁性弱,埋藏深的古墓葬、古遗迹提供了得力的工具,几十年来一直是地球物理考古中的一种常用方法,并越来越受到世界各国的重视。本文根据2002年～2003年在秦皇陵综合地球物理考古调查中取得的方法技术,应用有效的地球物理探测手段,在陕西省境内选择周公庙附近铸铜窑遗址作为探测与试验的对象,验证高精度磁法的有效性。通过对磁法资料的处理及综合解释得出目标文物分布的初步结论性认识;证实其下存在古遗迹;通过对磁场模型正演计算,进一步检验和完善高精度磁法技术在考古中的应用效果;在项目实施及后续处理过程中,由实际考古数据分析了磁法网度的特点,由此得出野外布网的优化准则;认真研究并讨论了地球物理的一些算法,重点介绍了克里格法、谢别德法、多元二次函数法及反距离加权法的原理及在模型数据及实际磁法考古数据中的应用,并比较了其优劣及异同,得出了一系列有意义、实用的结论;在算法研究的基础上使用MATLAB语言,开发出比较实用、简便的磁法考古数据处理系统,在理论模型数据中试验了各网格化方法的效果,并与SURFER8中的插值效果进行了比较,很好的验证了该系统的可靠性。笔者在文中详细介绍了该系统的实现过程,在陕西周公庙实地考古数据中验证了该系统的实用性及有效性。本课题在研究物探技术在考古中的应用效果中具有实际的重要意义。

关键词：古遗址高精度磁法网度正演模拟网格化算法数据处理系统

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射电干涉阵成像算法并行优化研究与实现

射电干涉阵成像算法并行优化研究与实现

作者：冯勇昆明理工大学

学位级别：硕士

随着新一代射电望远镜的不断建设,天文观测数据规模大幅增加,对高性能数据处理方法的研究显得至关重要。由于机器配置不同,传统单机环境下采用OpenMP、GPU+CUDA等方式都存在明显的不足,不利于系统的快速运行或移植。本文以明安图射电频... 详细信息

随着新一代射电望远镜的不断建设,天文观测数据规模大幅增加,对高性能数据处理方法的研究显得至关重要。由于机器配置不同,传统单机环境下采用OpenMP、GPU+CUDA等方式都存在明显的不足,不利于系统的快速运行或移植。本文以明安图射电频谱日像仪(MingantU SpEctral Radioheliograph,MUSER)数据处理为例,对射电干涉阵成像数据处理进行分析,再进一步采用并行计算开放运算语言(Open Compute Language,OpenCL)对射电干涉阵成像算法进行并行优化研究与实现,具体研究内容如下:1、分析射电干涉阵成像过程中涉及的关键算法(网格化、洁化)的原理,并结合OpenCL架构的编程原理对算法进行并行优化研究;2、基于OpenCL对网格化和洁化算法进行多线程编程实现,并成功部署在了MUSER数据处理系统中;3、对基于OpenCL实现的成像算法在不同系统配置环境(CPU和GPU)下进行性能测试,并与前期串行实现和GPU+CUDA实现的成像算法进行了性能对比与分析。实验结果表明,基于OpenCL实现的成像算法不仅能够在GPU环境下运行,也能在CPU环境下运行,解决了算法对GPU环境的依赖,提升了算法对硬件平台的适应性。同时,在CPU环境下,基于OpenCL实现的成像算法的运行效率较串行实现的有较大提升,在GPU环境下,与GPU+CUDA实现的成像算法的运行效率大致相当。随着MUSER数据处理系统推广与应用的需要,本文基于OpenCL实现的成像算法的跨硬件平台特性,进一步完善了MUSER数据处理系统,为科研人员使用MUSER数据处理系统提供了便利。OpenCL将异构系统从CPU+NVIDIA GPU模式扩展到CPU+多核计算设备模式,由于这种异构系统模式的转变,可以预见,OpenCL或将成为高性能天文数据数据软件开发的首选技术。

关键词：射电干涉阵并行计算 CUDA OpenCL 网格化算法洁化算法