基于gpu的光栅相衬成像的相位恢复和ct重建算法的研究

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1、申请上海交通大学硕士学位论文基于GPU的光栅相衬成像的相位恢复和CT重建算法的研究专业：生物医学工程硕士生：陈晓庆导师：孙建奇助理研究员上海交通大学生物医学工程2014年01月万方数据Master.DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversitySTUDYOFGPU-BASEDPHASERETRIEVALANDCTRECONSTRUCTIONONGRATINGPHASECONTRASTIMAGINGAuthor:XiaoqingChenMajor:B

2、iomedicalEngineeringAdvisor:ResearchAssistantJianqiSunSchoolofBiomedicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityJanuary,2014万方数据万方数据万方数据万方数据摘要本论文的研究内容是基于光栅相衬成像系统CT重建的并行加速计算。主要包括两大方面内容：一为整套光栅相衬成像系统的实现以及该系统相衬成像的优势；二为数据处理过程中使用在GPU上执行的CUDAC编程模型来实现并行加速。整套光栅相衬成

3、像系统的搭建是在上海光源的X射线成像与生物医学应用线站即13W线站进行。该系统主要共包括三大部分：样品台及其控制、光栅干涉仪位移台及其相关控制、数据采集系统。其中第一部分中样品台的移动及旋转主要通过Nport5610串口来与Kohzu电机连接来操作。在实验开始之初，可以运用水平仪初步调整样品放上去之后的高度，尽量保证待拍摄样品部分的高度与X射线光源等高。光栅系统包括两块光栅：相位光栅G1和分析光栅G2。在光栅相衬实验的过程中，两块光栅分别通过光栅位移台能够做横向、纵向或旋转移动以便调整光栅位置。数据

4、采集系统包括探测器以及与之连接的计算机外围设备等，主要包括一个CCD探测器，一块数据采集卡和一台计算机机构成。根据需要，有时候实验也使用SCMOS相机进行拍摄。跟传统吸收成像方式相比，光栅相衬成像系统根据X射线波前的相位信息进行CT重建，对于弱吸收物质如血管或软组织来说，相位信息明显比吸收信息明显。因而对于弱吸收物质而言，相衬成像的图像空间分辨率和密度分辨率会优于传统吸收成像。相比于基于传播距离的相衬成像更适用于比较薄的样品，光栅相衬成像适用的样品范围会更广。而衍射增强相衬成像和晶体干涉法对晶体要求

5、特别高，因而光栅相衬成像系统的应用开始越来越广泛。光栅相衬成像的实验过程中，按照实验原理，需要得到强度曲线。一般而言采用相位步进法来进行相位恢复，在这个过程中会产生比较大的数据量。同时，CT重建的滤波反投影算法（FilteredBackProjection,FBP）需要完整角度的投影数据进行重建。因而，基于光栅相衬成像系统的CT重建的数据处理量是比较大的。GPU（GraphicProcessorUnit）作为一种多重流处理器多线程处理单元，能够很好的进行并行运算。I万方数据使用基于GPU的CUDAC

6、程序来完成此CT重建，相比于基于CPU的标准C程序，将会得到比较好的加速比效果。在重建过程中，本论文采用GPU并行加速的方法来进行相位恢复和FBP滤波反投影重建，根据数据尺寸的不同，在保障图像质量的情况下，与同VisualStudio2010平台下的标准C程序相比，实现了一定程度的加速比。并且，随着图像尺寸的增加即数据量的增加，加速比也呈现出上升的趋势。这意味着，基于GPU的并行加速尤其适合于做大规模的数据处理，数据量越大，多线程处理的结构能发挥出更大的优势。关键字：光栅相衬成像，GPU并行加速，C

7、UDAC，滤波反投影II万方数据ABSTRACTThecontentofthisthesisistheGPUbasedparallelcomputingmethodongratingphasecontrastimagingandCTreconstruction.Therearemainlytwoaspects:oneistheset-upofthewholegratingphasecontrastimagingsystemandtheadvantageofthegratingphasecontras

8、timagingsysteminmedicalapplicationandotherfields;theotheroneistofulfilltheparallelcomputingaccelerationusingCUDACprogrammingmodelimplementedonGPUfordataprocessing.Firstofall,theset-upofthewholesetofgratingphasecontrastimagingsystemhasbe