基于GPU的有限角度投影數(shù)據(jù)的CT三維重建.pdf

1、X射線計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(CT,Computed Tomography)，無論在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，還是在工業(yè)領(lǐng)域的無損檢測中都有著廣泛的應(yīng)用。因此，研究CT的成像技術(shù)對臨床診斷和工業(yè)檢測具有重要的意義。應(yīng)用變換法成像技術(shù)，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)CT可以通過采集到完整的投影數(shù)據(jù)，快速地生成具有臨床應(yīng)用價(jià)值的醫(yī)學(xué)圖像。然而，在多數(shù)情形下，基于X射線的圖像采集設(shè)備無法得到變換法成像技術(shù)所需的完整數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)CT成像技術(shù)應(yīng)用在放射計(jì)劃和治療中時，為了避免臟器

2、運(yùn)動或減小劑量，圖像采集設(shè)備只能獲得有限角度的投影數(shù)據(jù)，其數(shù)量和結(jié)構(gòu)往往無法達(dá)到變換法成像的技術(shù)要求，為了得到具有臨床應(yīng)用價(jià)值的圖像，一般需要采用迭代重建算法。對于迭代重建算法，在獲得有效的重建圖像的同時，如何提高數(shù)據(jù)重建的速度，一直是國際上許多學(xué)者研究的方向。對于此類重建問題的研究，不僅在理論上而且在實(shí)際應(yīng)用中都有很重要的意義。因此，本文著重研究基于有限角度投影數(shù)據(jù)的CT三維重建算法，并且對基于最小化圖像總變差的優(yōu)化準(zhǔn)則的迭代重建算法

3、——TV算法的快速實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)進(jìn)行了深入的研究。 首先將TV算法從二維重建推廣到三維重建，并實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行在中央處理器（CPU）上的三維TV算法。然后，為了提高該算法的重建速度，利用可編程圖形處理器（GPU）的并行計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)了基于通用GPU技術(shù)的三維TV算法。通過運(yùn)用三維TV算法，對改進(jìn)的三維Shepp-Logan數(shù)據(jù)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，從而證實(shí)了該算法對于有限角度投影數(shù)據(jù)的CT三維重建的有效性；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三維TV算法的重建結(jié)果優(yōu)

4、于FDK和ART算法。同時，基于通用GPU技術(shù)的三維TV算法的效果也得到了驗(yàn)證：在獲得可比的重建結(jié)果的情況下，基于通用GPU技術(shù)的算法實(shí)現(xiàn)有效地將重建速度提高了10倍左右。 此外，對TV算法的優(yōu)化方法進(jìn)行了改進(jìn)，并應(yīng)用到二維Shepp-Logan數(shù)據(jù)模型的仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而證實(shí)了在獲得可比的重建結(jié)果的前提下，提高了算法的重建速度。 本論文的主要貢獻(xiàn)是：將二維TV算法推廣到三維重建，應(yīng)用于有限角度投影數(shù)據(jù)的CT三維重建；為了解