基于Labview平台的超声内窥成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供基于Labview平台的超声内窥成像系统及方法，该方法包括以下步骤：将获取的超声图像投影数据通过CPU传输至CPU内存中；通过CPU将所述超声图像投影数据分割为多块投影数据区域，判断相邻的投影数据区域是否存在部分重叠，并将所述多块投影数据区域发送至GPU内存；通过GPU并行核函数，并对相邻的投影数据区域中存在部分重叠区域的像素值进行叠加，每块投影数据区域进行重建；将重建后的投影数据区域合成为新的图像。本发明专利技术的基于Labview平台的超声内窥成像系统，利用通用计算机平台、通用图像处理器GPU，并将基于GPU的统一技术设备构架(CUDA)引入到超声成像系统中进行信号处理和图像投影，借助Labview平台实现了在通用计算机上开发低成本的超声内窥成像系统装置。

【技术实现步骤摘要】
基于Labview平台的超声内窥成像装置及方法
本专利技术涉超声内窥图像处理领域，特别涉及基于Labview平台的超声内窥成像方法。
技术介绍
超声成像原理是由仪器的探头向人体发射一束超声进入体内，并进行线形、扇形或其他形式的扫描，遇到不同声阻抗的二种组织的交界面，即有超声反射回来，由探头接收后，经过信号放大和信息处理，显示于屏幕上，形成一幅人体的断层图像，超声成像，供临床诊断用。超声回波的强弱由界面两侧介质的声阻抗差决定。声阻抗相差甚大的两种组织，相邻构成的界面，反射率甚大，几乎可把超声的能量全部反射回来，不再向深部透射。例如空气—软组织界面和骨骼—软组织界面，可阻挡超声向深层穿透。反之，声阻抗相差较小的两种介质相邻构成的界面，反射率较小，超声在界面上一小部分被反射，大部分透射到人体的深层，并在每一层界面上随该界面的反射率大小，有不同能量的超声反射回来，供仪器接收、显示。均匀的介质中不存在界面，没有超声反射，仪器接收不到该处的回声；界面两侧介质的声阻抗相差0.1％，即有超声反射，声阻抗为密度和声速的乘积，所以在病理状态下，超声检查是一种极为灵敏的诊断方法。传统的超声成像设备采用DSP、FPGA等硬件处理系统，系统结构复杂、信号处理方法单一。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供基于Labview平台的超声内窥成像系统及方法，该方法和系统基于Labview平台，提供的信号处理方式更简单，更灵活、效果更好。本专利技术的技术方案如下：基于Labview平台的超声内窥成像方法，包括在Labview平台下的以下步骤：将获取的超声图像投影数据通过CPU传输至CPU内存中；通过CPU将所述超声图像投影数据分割为多块投影数据区域，判断相邻的投影数据区域是否存在部分重叠，并将所述多块投影数据区域发送至GPU内存；通过GPU并行核函数，并对相邻的投影数据区域中存在部分重叠区域的像素值进行叠加，每块投影数据区域进行重建；将重建后的投影数据区域合成为新的图像。本专利技术的基于Labview平台的超声内窥成像方法，将基于GPU的统一技术设备构架(CUDA)引入到超声成像系统中进行信号处理和图像投影，借助Labview平台实现了在通用计算机上开发低成本的超声内窥成像系统装置。由于采用Labview平台的超声成像方法可以实现线上信号实时处理，相较于传统超声成像固化信号处理方式(信号处理烧写在硬件平台里，不可更改)，Labview平台下提供更为复杂的信号处理方法，诸如小波滤波、自适应滤波、维纳滤波等，在Labview平台内可以随时更换，该方法在FPGA等硬件平台实现困难，因此采用labview平台下的信号处理方式更简单，更灵活、效果更好。本专利技术由CPU内存存储获取的超声图像投影数据，再发送给GPU内存，采用基于CUDA的GPU并行数据处理方法，省去了专用的超声图像处理系统，从而大幅度提高了运算速度并同时节省了成本。本专利技术预先由CPU确定存在部分重叠的投影数据区域，GPU并行数据处理时，对相邻的投影数据区域中存在部分重叠区域的像素值进行叠加，叠加的目的在于：利用信号的相干性叠加，在信号区域，相邻孔径角内的像素值拥有较一致的相位，叠加能够得到相干增强，而由于噪声不存在相干性，且符合高斯分布，其相干减弱。相位叠加算法提高了信号的信噪比，增加了图像的清晰度，确保CPU、GPU达到最佳的利用率，充分发挥异构平台的计算能力。进一步地，通过CPU将所述超声图像投影数据分割为多块投影数据区域，判断相邻的投影数据区域是否存在部分重叠包括：设置超声探测器固定接收角度θ′；计算超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ。根据超声图像的像素点到超声探测器中心的角度确定扫描的角度；CPU内存中的超声图像投影数据按照超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ分割为多块投影数据区域，若超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ大于超声探测器固定接收角度θ′，则判断相邻的投影数据区域设置为部分重叠。进一步地，超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ的计算公式为其中，P为超声图像的像素点，P′为超声探测器中心点，O为坐标原点。进一步地，所述通过GPU并行核函数，并对相邻的投影数据区域中存在部分重叠区域的像素值进行叠加，每块投影数据区域进行重建的步骤具体包括：分配CUDA核函数的线程数，将每个线程与每个像素点一一对应，进行所有像素点的并行运算；对每一个线程进行操作得到对应的局部重建图像。进一步地，将每个线程于每个像素点一一对应的方法包括：CUDA架构下提供内建变量blockIdx.x和threadidx.x来进行寻址，使用二维的线程块直接索引像素点的坐标：idx＝blockIdx.x*blockDim.x+threadIdx.x；表示x方向像素点坐标；idy＝blockIdx.y*blockDim.y+threadIdx.y；表示y方向像素点坐标。进一步地，所述每一个线程进行的操作为：当超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ大于超声探测器固定接收角度θ′，像素值P(i,j)叠加的公式为：其中i为像素点P的横坐标，j为像素点P的纵坐标，xk为超声探测器N个扫描角度的坐标的横坐标，yk为超声探测器N个扫描角度的坐标的纵坐标，Sk为产生超声图像投影数据的超声信号的大小，t为将获取的超声图像投影数据从CPU内存传输至GPU内存的时间；当超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ大于超声探测器固定接收角度θ′，像素值P(i,j)不叠加。该方法能最大限度的简化核函数避免浮点除法和多余的运算。进一步地，将重建后的投影数据区域合成为新的图像后，还包括步骤：通过CPU同步运行当前CUDA流所进行的数据复制运算。由CUDA得到的新的图像还需复制到CPU内存中。一种实现权利要求1所述的基于Labview平台的超声内窥成像方法的系统，包括信号触发器、超声发射接收器、内窥扫描头、数据采集卡、计算机、图像处理器GPU、以及图像显示器；所述信号触发器、超声发射接收器以及内窥扫描头顺序连接，所述数据采集卡分别与信号触发器、超声发射接收器以及计算机连接，所述图像处理器GPU和图像显示器均与计算机连接；所述的信号触发器发出的同步触发信号触发超声发射接收器发射激励电压，激励电压驱动内窥扫描头发射超声信号，内窥扫描头返回超声信号；所述的数据采集卡接收信号触发器发出的同步触发信号，触发数据采集卡采集所述超声信号，并将A/D转换后的超声信号作为超声图像的采样数据存储在计算机内存中；所述的计算机通过PCIE总线接口将采样数据拷贝至GPU内存，图像处理器GPU进行并行数据处理，并将处理好的结果数据传回计算机，计算机将数据进行图像显示。本专利技术的基于Labview平台的超声内窥成像系统，利用通用计算机平台、通用图像处理器GPU，并将基于GPU的统一技术设备构架(CUDA)引入到超声成像系统中进行信号处理和图像投影，借助Labview平台实现了在通用计算机上开发低成本的超声内窥成像系统装置。由于采用Labview平台的超声成像方法可以实现线上信号实时处理，相较于传统超声成像固化信号处理方式(信号处理烧写在硬件平台里，不可更改)，Labview平台下提供更为复杂的信号处理方法，诸如小波滤波、自适应滤波、维纳滤波等，在Labv本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于Labview平台的超声内窥成像方法，其特征在于，包括在Labview平台下的以下步骤：将获取的超声图像投影数据通过CPU传输至CPU内存中；通过CPU将所述超声图像投影数据分割为多块投影数据区域，判断相邻的投影数据区域是否存在部分重叠，并将所述多块投影数据区域发送至GPU内存；通过GPU并行核函数，并对相邻的投影数据区域中存在部分重叠区域的像素值进行叠加，每块投影数据区域进行重建；将重建后的投影数据区域合成为新的图像。

【技术特征摘要】
1.基于Labview平台的超声内窥成像方法，其特征在于，包括在Labview平台下的以下步骤：将获取的超声图像投影数据通过CPU传输至CPU内存中；通过CPU将所述超声图像投影数据分割为多块投影数据区域，判断相邻的投影数据区域是否存在部分重叠，并将所述多块投影数据区域发送至GPU内存；通过GPU并行核函数，并对相邻的投影数据区域中存在部分重叠区域的像素值进行叠加，每块投影数据区域进行重建；将重建后的投影数据区域合成为新的图像。2.根据权利要求1所述的基于Labview平台的超声内窥成像方法，其特征在于，通过CPU将所述超声图像投影数据分割为多块投影数据区域，判断相邻的投影数据区域是否存在部分重叠包括：设置超声探测器固定接收角度θ′；计算超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ。根据超声图像的像素点到超声探测器中心的角度确定扫描的角度；CPU内存中的超声图像投影数据按照超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ分割为多块投影数据区域，若超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ大于超声探测器固定接收角度θ′，则判断相邻的投影数据区域设置为部分重叠。3.根据权利要求2所述的基于Labview平台的超声内窥成像方法，其特征在于，超声图像的像素点到超声探测器中心的角度θ的计算公式为其中，P为超声图像的像素点，P′为超声探测器中心点，O为坐标原点。4.根据权利要求1所述的基于Labview平台的超声内窥成像方法，其特征在于，所述通过GPU并行核函数，并对相邻的投影数据区域中存在部分重叠区域的像素值进行叠加，每块投影数据区域进行重建的步骤具体包括：分配CUDA核函数的线程数，将每个线程与每个像素点一一对应，进行所有像素点的并行运算；对每一个线程进行操作得到对应的局部重建图像。5.根据权利要求4所述的基于Labview平台的超声内窥成像方法，其特征在于，将每个线程于每个像素点一一对应的方法包括：CUDA架构下提供内建变量blockIdx.x和threadidx.x来进行寻址，使用二维的线程块直接索引像素点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑毅，曾俏，熊科迪，伍倚明，宋盟春，
申请(专利权)人：广东省医疗器械质量监督检验所，
类型：发明
国别省市：广东,44