基于gpu的實(shí)時(shí)超聲彈性成像方法研究

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1、分類號(hào)密級(jí)ＵＤＣ編號(hào)：碩±學(xué)位論文題名和副題名基于ＧＰＵ的實(shí)肘超聲彈性成像方法研究作者姓名Ｗｉ指導(dǎo)教師姓名及職稱曹俊興（教授）申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩±專業(yè)名稱信號(hào)與信息處理論文提交日期２０１５．５論文答辯日期２０１５．６學(xué)位授予單位和日期成都理王大學(xué)（２０１日年＾答辯委員會(huì)主席Ｖ方Ｉ奪評(píng)閱人薄讀／呼＿２０１５年５月分類號(hào)學(xué)校代碼；１０６１６ＵＤＣ密級(jí)學(xué)號(hào)：成都理工大學(xué)碩±學(xué)位論文基于ＧＰＵ的實(shí)時(shí)超聲彈性成像方法研究譚勇指導(dǎo)教師

2、姓名及職稱曹俊興（教授）申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩±專業(yè)名稱信號(hào)與信息處理論文提交日期２０１５．５論文答辯日期２０１５．６學(xué)位授予單位和日期成都理王大學(xué)（２０１５年＾月）答辯委員會(huì)主席現(xiàn)振半＿評(píng)閱人每麻碑２０１５年５月獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中不包含其。據(jù)我所知，除了文中特別加Ｗ標(biāo)注和致謝的地方外他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，化不僅含為獲得成都理工大學(xué)或其化教－育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我同工作的人員對(duì)本研究所做的任何

3、貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：葉父片年＾月曰ｏｊ學(xué)位論文版權(quán)使用授巧書本舉化論文作者完令了解成都理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部ｎ或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被黃閱和借閱。本人授權(quán)成都理工大學(xué)巧Ｕ將學(xué)位論義的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)、據(jù)庫(kù)迸行檢索，可Ｗ采用影印縮印或巧描等這制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）學(xué)位論文作者簽名：＾學(xué)位論文作者導(dǎo)師簽名：如Ｐ年＾月?。牐寥眨崳娬贕PU的實(shí)時(shí)超聲彈

4、性成像方法研究摘要生物組織的彈性（硬度）變化往往與其病理變化有關(guān)，因此組織的彈性信息能作為許多疾病的診斷依據(jù)，如腫瘤、乳腺癌等。超聲彈性成像是繼黑白B超和彩超之后的一種新的超聲成像技術(shù)，其基本思想是從超聲信號(hào)中獲取生物組織的彈性（硬度）信息并進(jìn)行成像。但是超聲彈性成像數(shù)據(jù)計(jì)算量大，無法做到實(shí)時(shí)成像，臨床應(yīng)用受到限制，因此超聲實(shí)時(shí)彈性成像成為了目前醫(yī)學(xué)超聲成像中研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。本文的研究重點(diǎn)主要有兩個(gè)方面：1、如何使用GPU這一技術(shù)手段對(duì)當(dāng)前超聲彈性成像的位移估計(jì)算法進(jìn)行程序上的改進(jìn)，利用GPU的高并行計(jì)算能力，對(duì)算法中計(jì)算密集的地方進(jìn)行加速

5、。2、針對(duì)GPU編程上的特性，改進(jìn)當(dāng)前算法，在不降低計(jì)算精度的情況下，使之更適合在GPU上計(jì)算。本文研究了超聲彈性成像當(dāng)前常用的位移估計(jì)算法：1、基于時(shí)域的一維互相關(guān)位移估計(jì)法；2、基于相位信息的位移估計(jì)法。相位信息算法又分為Doppler運(yùn)動(dòng)估計(jì)法和相位過零檢測(cè)算法。本文從計(jì)算機(jī)編程入手，將原有的串行計(jì)算程序移植到了GPU上。結(jié)合時(shí)域互相關(guān)算法和相位檢測(cè)算法在GPU上計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，本文提出了一種改進(jìn)的相位互相關(guān)算法。該方法利用希爾伯特變換構(gòu)造解析信號(hào)，通過對(duì)應(yīng)計(jì)算窗口的一次積合運(yùn)算得到剪切波的相位信息，然后再對(duì)相位信息進(jìn)行三次樣條插值，彌補(bǔ)因

6、采樣而遺失的信息，最后利用相位信息求得剪切波速度。為了提高整體計(jì)算速度，本文也對(duì)希爾伯特變換和三次樣條插值進(jìn)行了GPU上的計(jì)算研究。通過與CPU對(duì)比，計(jì)算速度大大提高，且計(jì)算精度與傳統(tǒng)算法并未有明顯區(qū)別。本文通過實(shí)驗(yàn)對(duì)上述基于GPU編程的算法計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。首先利用FieldII產(chǎn)生仿真數(shù)據(jù)，在4.8um和48um兩個(gè)位移處，分別對(duì)這四種算法進(jìn)行了克拉美羅下界、抖動(dòng)誤差以及平均誤差分析。最后利用生物仿真模型，采集了不同深度處的數(shù)據(jù)，直接進(jìn)行楊氏模量計(jì)算值的對(duì)比。本文提出的算法在計(jì)算精度上和常用算法并未有明顯區(qū)別，但是計(jì)算速度大大提高。

7、最后本文對(duì)研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)后續(xù)的研究方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：超聲彈性成像位移估計(jì)GPU并行計(jì)算I成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文ResearchonGPUbasedReal-timeUltrasoundElasticityImagingAbstractItisknowntoallthattissueelasticityhasacloserelationshipwithitspathologicalstateduetothesignificantdifferenceinlesiontissueandnormaltissue,which

8、canbeenusedformanydiseasesuchastumorandsoon.UltrasoundelastographyisanewtypeofUltr