基于GPU的CT重建及可视化技术研究

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1、ｆ分类号：ＴＰ３９１学校代码：１０６９７２０１５３１４９３密级：公开学号：＿颀士专业字位论文ＤｎｏｒｅＰｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｆｔｈｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ基于ＧＰＵ的ＣＴ重建及可视化技术研究工学科名称：软件程专业学位类别：工程颂士作者：贺小伟教授：纪岩指导老师西北大学学位评定委员会二〇—八年六月TheResearchofCTReconstructionandVisualizationBasedonGPUAthesissubmittedtoN

2、orthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSoftwareEngineeringByJiYanSupervisor:HeXiaoweiJuly2018摘要计算机断层成像是利用X射线对被测物体进行扫描，从而得到物体内部细节信息的一种成像模态，已被广泛应用于航空航天、医疗、机械、工业等领域中。其中锥束计算机断层成像以分辨率高、扫描时间短等优点成为现阶段研究的重点。由于锥束计算机断层成像数据量大、重建算法复杂，因此如何在个人计算

3、机上实现重建加速是当前的研究热点。近年来，图形处理器的发展越来越迅速，尤其是计算设备编程架构(CUDA，ComputeUnifiedDeviceArchitecture)的出现，开发人员能更容易、快速地掌握其应用，但是，对于使用者来说仍存在可视化商业软件昂贵等问题。本文研究了计算机断层成像重建加速和可视化技术，提出一种对FDK算法进行加速的策略以及实现了可视化软件，具体工作如下所述：○1提出一种对FDK算法进行加速的策略，分别对FDK算法的三个步骤（加权、滤波、反投影）使用计算设备编程架构进行了加速。加权时，并行处理每个角度的数据；

4、滤波时，使用计算设备编程架构中的CUFFT库，重排加权后的数据，减少无效的运算和存储空间的使用；反投影时，利用FDK算法本身的对称性（垂直对称、旋转对称）以及计算设备编程架构的四纹理通道，提高了算法的运算速度。在保证重建图像质量的前提下，GPU比CPU的速度能提高100-200多倍，并且在实验数据增大的情况下，其加速比越高。○2在VisualStudio2013的平台上设计并实现了基于VTK+CTK+QT的三维重构可视化软件，软件主要采用体绘制的光线投影算法，分成显示窗口和操作窗口两部分。显示窗口主要由四部分组成，可以查看任意层的不

5、同剖面二维数据并对三维体数据做缩放、旋转操作；操作窗口支持环境光、漫反射和高光的动态调节并且能够显示鼠标点击位置信息和灰度值等。关键字：锥束计算机断层成像，计算设备编程架构，FDK算法，VTK，可视化IABSTRACTCT(ComputedTomography)isaimagingmodalitythatcanobtaininternalinformationofmeasuredobjectsbytheX-rayscanning,whichhasbeenwidelyusedinthefieldsofaerospace,medical

6、,machinery,andindustryetc.Withhighresolutionandshorterscanningtime,Cone-BeamCThasattractedmuchattentionandbeenthefocusofresearch.Duetothelarge-scaledataandhighcomputationcomplexity,howtospeedupthecone-beamCTreconstructiononPCsisresearchhotspot.Inrecentdecades,withthede

7、velopmentoftheGraphicsProcessingUnit(GPU),andCUDAprogrammingarchitecture,GPUprogramminghasbeenmoreeasyandconvenientfordevelopers.Meanwhile,thehardwareplatformandsoftwarein3Dvisualizationofcone-beamCTareexpensiveforusers.Inthispaper,anaccelerationstrategybasedonFDKalgor

8、ithmandavisualizationsoftwareweredeveloped.Themainworksareoutlinedasfollows：1)AnaccelerationstrategybasedonFDKalgorit