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题目:直线轨迹CT的迭代重建算法及其GPU加速研究

关键词:直线轨迹CT,迭代重建,TV,CUDA,软件设计

  摘要



        针对扁平状或在某方向尺寸较大物体的CT检测,本文研究了一种基于直线轨迹扫描方式的迭代重建算法。首先研究了迭代重建算法原理,并在直线CT下实现;随后结合TV梯度下降算法优化重建质量并扩展到三维;由于迭代算法效率较低,本文通过GPU并行计算来加速算法;最后完成了具有多种功能的CT软件集成与设计。主要进行了以下研究:

1)研究了迭代重建算法的理论基础,总结了算法实现步骤,提出了基于步进判断的快速计算投影系数矩阵的方法,提高了迭代算法效率,并用试验验证了算法的正确性;

2)研究了直线轨迹CT的系统配置和特点,将迭代算法在直线CT下实现,针对直线CT的有限角度和采样不均问题,结合TV梯度下降算法实现了TV-SART算法,弱化了重建伪影和变形,将算法扩展到三维,并分析了直线轨迹扫描系统几何误差和运动误差对成像质量的影响,用仿真数据验证了算法的正确性;

3)研究了迭代算法在CUDA平台下的加速方法和步骤,将二维和三维的SART、TV-SART算法在CUDA平台下实现,取得了较好的加速效果;

4)研究了CT重建软件系统的设计方法,在课题组不同技术平台成果的基础上集成并优化了具有运动控制、数据采集、图像处理、重建算法等模块的CT重建软件,用实际投影数据验证了软件系统的正确性。