基于GPU并行计算的超声波束合成方法

逐列扫描式的聚焦成像方法会限制超声成像帧频的提高。采用平面波发射模式只需要一次发射和接收即可获得一幅完整的超声图像,平面波成像是可以大幅度地提高成像帧频,从而实现超声超高速成像的方法之一。但是现有的超声波束合成器无法达到超声超高速成像对于计算能力的要求。对基于平面波成像的超声延时-叠加波束合成算法进行并行性分析,在此基础上设计并实现两种基于图形处理器(GPU)并行计算的超声平面波成像波束合成方法——基于2个Kernel和基于1个Kernel的并行波束合成方法。两种方法的主要区别在于波束合成中对延时值的计算和存储策略的不同处理,仿体实验证明两种方法的计算帧频分别达到2 178和2 453帧/s。相比于普通的方法,这两种基于GPU的并行波束合成方法的计算帧频分别提速99倍和111倍。实验结果表明,GPU波束合成器相比于传统方法,可以大幅度提高计算能力。

基于线阵超声探头多波束并行发射的颈动脉血流多点频谱多普勒分析

目的在线阵超声探头上实现多波束并行发射,以进行颈动脉血流的多点频谱多普勒分析。方法在线阵探头上施加特定形式的脉冲发射延时和变迹,以实现多波束并行发射的效果,进而同时获取视野范围内多个位置采样体积的超声回波信号。通过仿真、仿体和在体实验,将该方法与目前临床广泛使用的单波束发射以及近年来引起关注的平面波发射进行性能比较。结果仿真和仿体实验中,三种发射模式的误差相当,仿真实验中单波束发射、多波束并行发射和平面波发射的流速估计相对误差分别为16%、16%和14%,仿体实验三种发射模式的相对误差分别为20%、18%和18%。在体实验中,多波束并行发射可以同时测量颈内动脉与颈总动脉的血流峰值流速;相较于平面波发射,多波束并行发射与单波束发射得到的频谱包络间的相关性更强;颈总动脉处,多波束并行发射和单波束发射得到的频谱包络间的相关系数(0.92)高于平面波发射和单波束发射间的相关系数(0.81);颈内动脉处,多波束并行发射和单波束发射得到的频谱包络间的相关系数(0.80)也高于平面波发射和单波束发射间的相关系数(0.71)。结论基于线阵超声探头的多波束并行发射是一种有效且便捷地进行颈动脉血流多点频谱多普勒分析的方法。

图形处理器在医学超声成像中的应用研究进展

近年来提出的多种先进超声成像方法可以提供生物组织的更多信息,但极大的数据量和计算量限制了这些成像方法的实时实现。图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)凭借其高度的可并行性和强大的数值计算能力在大规模数据处理中发挥出了重要作用。因此,关于GPU在医学超声成像中的应用越来越多。本文综述了GPU在医学超声成像中的应用,包括超高速成像、弹性成像、血流成像等方面的应用研究进展。