基于GPU编程的三维超声显示系统

论文摘要

在现代医学影像学中,超声成像、CT和磁共振都是重要的医学成像方式。由于CT和MRI的数据是直接在三维笛卡尔坐标系当中获得的,因此能相对容易的进行体渲染。并且由于CT和MRI的实时性要求较低,可以用更精密和耗时的方法对其重建、显示,而对三维超声进行体渲染就要困难得多。首先,由于三维超声设备采集的数据在空间形态上依赖于其探头的扫描形式,难以将直接采用到的数据用通用的方法进行可视化。其次,三维超声系统的成像对实时性要求相对较高,不允许采用精确费时的插值算法。在一般的医学三维显示系统当中,常用的处理方法是经过前端的数据采样和三维重建然后将重建好的长方形三维数据体交由后端的显示系统进行体渲染。前端的数据重建过程需要耗费大量的时间对采样数据遍历插值,并且重建后的数据量远远大于采样的数据量,会加大后端三维显示的负担。本文提出的基于GPU编程系统显示方案针对超声采样数据的特点,将前端的重建处理由纹理映射和GPU可编程管线技术在后端的三维显示过程中完成。新的系统流程减少了载入显示系统的数据量并且将CPU的串行处理由GPU的并行处理代替,提高了系统效率。鉴于三维超声中获得的体数据的多样性,在提出新的系统流程的同时,本文针对常见的三维超声数据格式给出了较为全面的实现算法和代码,可作为构建三维超声显示系统或其他医学三维医学图像系统的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究思路
• 2 超声体数据的空间结构及其采样合成
• 2.1 超声体数据的空间结构
• 2.2 体数据分析
• 2.3 体数据的采样
• 2.4 体数据的合成
• 3 基于GPU 编程的三维超声显示系统
• 3.1 传统系统流程
• 3.2 改进的系统流程
• 3.3 基于GPU 编程的三维超声显示实现和算法
• 4 三维笛卡尔坐标数据体的渲染
• 4.1 基于二维纹理的体渲染
• 4.2 基于三维纹理映射和自动纹理生成的体绘制算法
• 4.3 基于三维纹理映射和固定纹理坐标的体渲染
• 5 非三维非笛卡尔坐标数据的显示
• 5.1 可编程渲染管线
• 5.2 基于可编程管线的截棱锥数据体渲染
• 5.3 基于固定纹理坐标的截棱锥数据体渲染
• 5.4 基于可编程管线的扇扫数据体渲染
• 6 结果分析
• 6.1 有关传递函数的结果分析
• 6.2 三种绘制方式的性能比较
• 7 总结与下一步要开展的工作
• 7.1 主要研究成果与结论
• 7.2 下一步要开展的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录