超聲成像模擬是研究超聲成像算法和臨床應用研究的基礎,以超聲成像為應用目標,模擬復雜的人體組織并進行超聲成像一直是一個熱門的研究領(lǐng)域。超聲成像模擬過程通常包含兩個部分,第一部分是通過構(gòu)建數(shù)字化體模來模擬人體組織復雜結(jié)構(gòu);第二部分是利用計算機程序模擬超聲成像的過程。超聲成像模擬可以生成近似于真實的超聲成像狀況下的B-mode圖像及相應的RF信號,這為超聲成像算法的驗證與測試提供了必要條件。但是由于計算數(shù)據(jù)量大且模擬過程太過復雜,超聲成像模擬需要大量時間,無法滿足在如臨床培訓等業(yè)務中對于超聲成像模擬的實時性和高真實度的要求。本文的研究致力于提高超聲成像模擬的速度,結(jié)合到當前計算機硬件技術(shù)的發(fā)展,尤其是多核CPU和眾核GPU技術(shù)的快速發(fā)展,本文利用并行計算技術(shù)來實現(xiàn)超聲成像模擬過程的加速,通過CPU多核和GPU眾核并行方案對超聲成像模擬過程加速,主要工作如下:1)提出基于Field Ⅱ超聲成像模擬的CPU多核并行方案。為了提高Field Ⅱ模擬超聲成像的速度,充分利用多核與分布式計算資源,本文利用Matlab并行工具箱及分布式計算服務器來實現(xiàn)Field Ⅱ的并行與分布式超聲成像模擬。通過與單線程執(zhí)行的FieldⅡ?qū)Ρ?實驗得到的加速比大致上與所采用的CPU核成正比,在采用線陣探頭和相控陣探頭進行超聲成像模擬時,利用32個計算核對應的加速比分別達到22倍和25.5倍。2)提出基于波束形成的超聲成像模擬的GPU眾核并行方案。研究了基于合成發(fā)射孔徑的超聲波束形成過程,針對該算法計算密集型的特點,結(jié)合CUDA并行編程技術(shù)對波束形成算法進行并行性分析和實現(xiàn)。通過比較原算法在CPU下的串行實現(xiàn),GPU眾核并行實現(xiàn)方案有效提高了波束形成模擬算法的速度,加速比最大達到7.9倍,并且模擬成像結(jié)果和CPU完全一致。另外,相比于FieldⅡ仿真平臺模擬結(jié)果,基于波束形成的超聲成像模擬的結(jié)果更接近于實際超聲成像。3)在前面研究的基礎上實現(xiàn)超聲彈性成像的快速模擬方案。結(jié)合有限元分析方法和有限元分析軟件ANSYS,對組織模型進行有限元模擬分析,得到壓縮后的散射體模型。然后利用Field Ⅱ并行與分布式計算平臺采集組織壓縮前后的RF信號,結(jié)合歸一化互相關(guān)算法進行位移應變估計。從實驗結(jié)果來看,本文實現(xiàn)的模擬方案能夠快速得到壓縮前后的RF信號,準確估計出組織的位移和應變,加快超聲彈性成像應用研究。
【學位單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;TB559
【部分圖文】：

圖１－１空間場點計算坐標系統(tǒng)??，

圖２－１?Ｆｉｅｌｄ?ＩＩ仿真流程??

圖２－２?ＭＡＴＬＡＢ的分布式集群架構(gòu)??２．?２．?２循環(huán)并行ｐａｒｆｏｒ??
【參考文獻】

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1 肖亮;張學健;;基于多核DSP的超聲成像處理算法的并行實現(xiàn)[J];電子技術(shù)應用;2013年06期

2 倪東;陳思平;汪天富;;基于曲光線跟蹤算法的超聲成像實時模擬研究[J];深圳大學學報(理工版);2012年04期

3 龍祺;彭虎;;基于GPU的超聲成像算法的仿真[J];生物醫(yī)學工程研究;2010年02期

4 孫渭玲;嚴碧歌;馬磊;;超聲彈性成像技術(shù)及其應用[J];現(xiàn)代生物醫(yī)學進展;2007年09期

5 何軍;王飆;;多核處理器的結(jié)構(gòu)設計研究[J];計算機工程;2007年16期

6 歐陽璟;;多核時代改變計算機發(fā)展歷史[J];程序員;2006年09期

7 羅建文,白凈;超聲彈性成像的研究進展[J];中國醫(yī)療器械信息;2005年05期

8 周炎濤;Windows中的多線程編程技術(shù)和實現(xiàn)[J];計算技術(shù)與自動化;2002年03期

9 徐智章;;超聲診斷的評價及其發(fā)展[J];科學通報;1965年09期

10 應崇福;;超聲學的發(fā)展[J];科學大眾;1965年03期

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本文編號：2839046