基于gpu的低劑量ct容積數(shù)據(jù)體繪制算法研究

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1、學校代碼10459學號或申請?zhí)?01312172052密級碩士學位論文基于GPU的低劑量CT容積數(shù)據(jù)體繪制算法研究作者姓名：張阿關(guān)導師姓名：蔣慧琴學科門類：工學專業(yè)名稱：計算機應用技術(shù)培養(yǎng)院系：信息工程學院完成時間：2016年05月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonVolumeRenderingAlgorithmofLow-doseCTVolumeDataBasedonGPUByAguanZhangSupervisor:Prof.Huiq

2、inJiangComputerAppliedTechnologySchoolofInformationEngineeringMay2016學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究所取得的成果。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研巧作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中ｔｉｌ明確方式標明。本聲明的法律責任由本人承擔。學位論文作者：＂＂知日期：７＾／年ｉ月日；＾學位論文使用授權(quán)聲明本人在導師指導下完成

3、的論文及相關(guān)的職務作品，知巧產(chǎn)權(quán)歸屬鄭州大學。根據(jù)鄭州大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留或向國家有關(guān)部口或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)鄭州大學可將本學位論文的全部或部分編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可Ｗ采用影印、縮印或者其他復制手段保存論文和匯編本學位論文。本人離校后發(fā)表、使用學位論文或與該學位論文直接相關(guān)的學術(shù)論文或成果時一，第署名單位仍然為鄭州大學。保密論文在解密后應遵守此規(guī)定。學位論文作者：炎蜘日期：＞年月如日／＾摘要摘要用三維重建圖像進行診斷是減

4、少CT重復檢查并提高臨床診斷精度的重要手段。本文針對傳統(tǒng)三維重建算法渲染時間過長及近年CT檢查所致公眾劑量負擔過高的問題，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，引入大量X線量子噪聲，嚴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)勢必花費大量的時間。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)廣泛應用的主要瓶頸。因此，本文將重點開展改善低劑量CT圖像質(zhì)

5、量預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。針對低劑量CT圖像中含有的量子噪聲，會造成重建圖像質(zhì)量退化的問題，本文提出一種改善低劑量CT圖像質(zhì)量的預處理算法。首先，利用Anscombe方差穩(wěn)定變換把量子噪聲近似轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蟹€(wěn)定方差的高斯噪聲；其次，在剪切波域使用改進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，對非噪聲系數(shù)及低頻系數(shù)進行非下采樣剪切波逆變換和Anscombe逆變換，獲得改進圖像。實驗結(jié)果表明，該算法在降低量子噪聲的同時更多

6、地保留了圖像細節(jié)，為進一步重建出高質(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時交互及顯示。光線投射算法是經(jīng)典的體繪制算法，針對傳統(tǒng)光線投射算法計算量大、渲染速度慢、在CPU平臺上難以實時重建的問題，本文提出一種基于GPU的改進光線投射算法。首先，設(shè)計GPU程序確定投射光線的終點與方向；其次，采用加速度步長采樣思想確定重采樣點的位置并利用快速復合插值方法計算重采樣點的值；最后，采用不透明度提前截止法進一步加速重建過程。視覺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

7、度。最后，本文結(jié)合提出的預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容積數(shù)據(jù)體繪制算法。重建圖像質(zhì)量和三維重建速度均表明，該算I摘要法能高速、高質(zhì)的重建出低劑量CT三維圖像，為低劑量CT三維重建技術(shù)的實用化提供重要手段。關(guān)鍵詞：GPU;低劑量CT;量子噪聲;剪切波;體繪制;光線投射算法IIAbstractAbstractDiagnosisusing3DreconstructedimagesisanimportantmethodforreducingCTrepeatexaminationsandimprovingpr

8、ecisionofclinicaldiagnosis.Inrecentyears,patientswereexposedtolargeX-rayradiationbyCTscanning,andtheradiationisharmfultohuma