基于GPU的低劑量CT容積數(shù)據(jù)體繪制算法研究.pdf

1、用三維重建圖像進(jìn)行診斷是減少CT重復(fù)檢查并提高臨床診斷精度的重要手段。本文針對(duì)傳統(tǒng)三維重建算法渲染時(shí)間過(guò)長(zhǎng)及近年CT檢查所致公眾劑量負(fù)擔(dān)過(guò)高的問(wèn)題，研究基于GPU的低劑量CT容積數(shù)據(jù)體繪制算法，以期以最短的重建時(shí)間和最少的輻射劑量獲得最佳的診斷效果。然而，低劑量CT掃描在降低輻射劑量的同時(shí)，引入大量X線量子噪聲，嚴(yán)重影響重建圖像的質(zhì)量。此外，隨著CT設(shè)備掃描精度的提高，一次檢查可得數(shù)百甚至上千幅CT圖像，傳統(tǒng)重建算法重建這些數(shù)據(jù)勢(shì)必花費(fèi)

2、大量的時(shí)間。重建圖像質(zhì)量和三維重建速度是限制低劑量CT重建技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要瓶頸。因此，本文將重點(diǎn)開展改善低劑量CT圖像質(zhì)量預(yù)處理的方法和提高三維重建算法渲染速度的方法等兩方面研究，主要工作如下：
　　預(yù)處理方法是決定三維重建圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)，直接影響診斷精度。針對(duì)低劑量CT圖像中含有的量子噪聲，會(huì)造成重建圖像質(zhì)量退化的問(wèn)題，本文提出一種改善低劑量CT圖像質(zhì)量的預(yù)處理算法。首先，利用Anscombe方差穩(wěn)定變換把量子噪聲近似轉(zhuǎn)變?yōu)榫?/p>

3、有穩(wěn)定方差的高斯噪聲；其次，在剪切波域使用改進(jìn)的硬閾值方法處理高頻系數(shù)，選取非噪聲系數(shù)的位置；最后，對(duì)非噪聲系數(shù)及低頻系數(shù)進(jìn)行非下采樣剪切波逆變換和Anscombe逆變換，獲得改進(jìn)圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在降低量子噪聲的同時(shí)更多地保留了圖像細(xì)節(jié)，為進(jìn)一步重建出高質(zhì)量的三維圖像奠定良好的基礎(chǔ)。
　　重建速度直接決定三維圖像是否可以實(shí)時(shí)交互及顯示。光線投射算法是經(jīng)典的體繪制算法，針對(duì)傳統(tǒng)光線投射算法計(jì)算量大、渲染速度慢、在CPU平臺(tái)

4、上難以實(shí)時(shí)重建的問(wèn)題，本文提出一種基于 GPU的改進(jìn)光線投射算法。首先，設(shè)計(jì)GPU程序確定投射光線的終點(diǎn)與方向；其次，采用加速度步長(zhǎng)采樣思想確定重采樣點(diǎn)的位置并利用快速?gòu)?fù)合插值方法計(jì)算重采樣點(diǎn)的值；最后，采用不透明度提前截止法進(jìn)一步加速重建過(guò)程。視覺(jué)效果和重建速度均表明，該算法在保證重建圖像質(zhì)量的前提下，能有效提高傳統(tǒng)光線投射算法的渲染速度。
　　最后，本文結(jié)合提出的預(yù)處理算法和高速光線投射算法，提出一種基于GPU的低劑量CT容積