[发明专利]一种GPU并行计算加速的超声多平面波复合图像合成方法及系统

说明书

本发明公开一种使用GPU并行计算加速超声多平面波成像的图像合成方法，包括有如下步骤：S1、设置超声探头的各换能器单元不同发射延时，依次发射不同发射角度的超声平面波扫描成像空间；S2、发射的超声信号反射回到超声探头，各个换能器单元接收超声回波信号，在模拟前端中经过一系列滤波、采样、增益等处理后转换为射频RF信号；S3、通过如下后处理步骤，使用射频信号产生复合图像；使用CPU对所有通道采集到的射频信号进行向量化；使用GPU对射频信号进行GPU并行计算加速的希尔伯特变换，以及GPU并行计算加速的DAS算法实现复合图像合成；S4、将合成后的复合图像在显示装置上显示。超声超快速成像后处理算法具有良好的并行计算适用性，可以使用GPU等高性能计算平台进行图像重建，以提高图像重建的计算效率。

技术领域

本发明涉及超声成像技术领域，涉及一种GPU并行计算加速的超声多平面波复合图像合成方法。

背景技术

在医疗超声成像中，通过依次发射和接受多个不同角度的非聚焦空间平面波，对需要成像的病灶和组织结构进行扫描，可以在临床上实现超快速超声成像(帧率1000fps)，这种技术目前常常被应用于心血管成像如心脏结构、瓣膜结构和血流成像等。

临床上常用的超声成像为使用线阵、环阵等超声探头进行二维成像(即面成像)，或使用二维面阵、1.5D探头等超声探头进行三维成像(即体成像)。使用这些探头对成像空间进行扫描和成像一般有两种方式，即动态子孔径合成和多平面波复合成像(即超快速超声成像)，动态子孔径合成方法物理成像较慢并且数据吞吐量较低，多平面波复合物理成像速度快但是数据量很大因此计算较慢。

超快速超声成像通过依次发射N个不同发射角度的非聚集平面波，对成像空间扫描。当以某个特定发射角度发射超声波时，不同换能器单元的时间延时不同，通过DAS算法(Delay and Sum)可以得到一幅低分辨率的图像；对获得的N个低分辨率图像进行复合相加，即可得到高分辨率的超声B模式图像。该方式扫描和接收速度快、具有巨大的科研和临床价值，然而数据量巨大、计算较慢，使用高性能计算加速图像重建，具有重大的临床意义。

超快速成像通常使用所有的换能器单元进行超声信号激发和超声信号采集，采集到的数据量巨大，现有的超声超快速成像后处理方法一般是基于FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)或CPU(中央处理器)，FPGA的数据吞吐量和计算能力有限。随着超声成像技术的发展、换能器单元个数的进一步增加，常用的FPGA或 CPU已经难以满足实时图像重建的计算需求。

发明内容

为提高多平面波复合的超声超快速成像的图像重建速度和计算效率，本发明的目的在于提出使用并行计算加速进行多平面波复合的图像重建处理，提供了一种GPU(图形处理器)并行计算加速的超声多平面波复合图像合成方法。

本发明是通过如下的技术方案来实现的。

本发明的技术方案是一种GPU并行计算加速的超声多平面波复合图像合成方法，包括有如下步骤：

S1、对超声探头的不同换能器单元，依次采用不同通道发射延时，以不同发射角度发射非聚集超声平面波的超声信号至成像空间区域中；

S2、超声波在组织中传播并反射回超声探头，经过一系列模数转换、滤波、增益获得射频信号；

S3、通过如下后处理步骤，使用射频信号产生复合图像；

使用CPU对所有换能器通道获得的射频信号进行向量化，并传递到CPU中；

使用GPU对向量化的射频信号进行GPU并行计算加速的希尔伯特变换，以及GPU并行计算加速的DAS算法实现复合图像合成；

S4、将合成后的复合图像传递回CPU，并在显示装置上显示。