超快速超声成像方法研究及其cuda实现

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1、硕士学位论文超快速超声成像方法研究及其CUDA实现THERESEARCHOFULTRAFASTULTRASOUNDIMAGINGMETHODANDITSIMPLEMENTATIONONCUDA尉明望哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TB553学校代码：10213国际图书分类号：681.8密级：公开工学硕士学位论文超快速超声成像方法研究及其CUDA实现硕士研究生：尉明望导师：沈毅教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB553U.D.C:681.8Di

2、ssertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHERESEARCHOFULTRAFASTULTRASOUNDIMAGINGMETHODANDITSIMPLEMENTATIONONCUDACandidate：WeiMingwangSupervisor：Prof.ShenYiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：DepartmentofControlScienceandEngine

3、eringDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要超快速超声成像是一种高帧频的超声成像方式，它以平面波发射、相干复合和全软件并行处理成像为特点，具有广阔的应用前景，已经应用于多普勒血流成像和剪切波弹性成像中，但是数据传输带宽问题和后端计算能力的问题制约了这一超声新技术的应用和商业化。因此对于成像方法的研究以及高速地并行处理实现具有重要的研究意义。首先，本文分析了在B模式下超快速超声成像系统的体系结构并根据其特点探

4、究了FieldII超声仿真平台对平面波声场的仿真、相干复合的概念，以及GPU通用并行计算的基础。其次，在成像方法理论方面，从时域和频域方法两个方面，研究了时域的相干平面波复合成像方法以及频域的傅里叶和F-K迁移方法。时域方法主要基于超声散射过程的几何关系，频域方法主要基于波动方程，频域两种方法的不同之处在于，傅里叶方法建立的是根据线性声场理论的超声散射模型，而F-K迁移方法则对超声的发射-回波过程进行简化，建立了平面波的爆炸反射模型，并基于此来对成像问题进行求解。根据各自不同的理论基础，对三个方法分别进行仿真流程的设计后，通过FieldII仿真出不同体模下的多角度

5、平面波发射的回波数据，在Matlab上进行成像流程的仿真实验，探究相干复合以及复合角度数对图像分辨率和对比度的影响，在综合比较三种方法的成像质量和运行时间之后，F-K迁移成像优于其他两种方法。最后，对三种方法的并行程序的调用层次进行设计与优化，整合需要实现的功能，尽量减少核函数之间的切换，并且进行系数的预处理来减少并行程序中的实时计算量。在实现了核函数中的并行算法并验证其正确性后，测试各个方法总的运行时间，F-K迁移方法仍然最短，在当前的硬件平台与探测区域下，实际成像系统中可以达到上百的帧频。关键词：超快速超声成像；频域成像方法；GPU；CUDA；并行计算I哈尔滨

6、工业大学工学硕士学位论文AbstractUltrafastultrasoundimagingisahighframerateultrasoundimagingmodality,whichischaracterizedbyplanewaveemission,coherentcompoundingandsoftwareparallelprocessingwithwideapplicationprospect.IthasbeenappliedinDopplerflowimagingandshearwaveelasticityimaging,however,theappl

7、icationandcommercializationarerestrictedbysignalbandwidthandbackendcomputingcapabilityproblems.Consequently,ithasimportantresearchsignificancefortheresearchofimagingmethodandtherealizationofhighspeedparallelprocessing.Aboveall,thestructureofultrafastultrasoundBmodeimagingsystemisintro

8、duced