錐束CT三維重建算法的FPGA加速研究的開題報告

錐束CT三維重建算法的FPGA加速研究的開題報告一、選題背景現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在疾病診斷、治療以及手術(shù)等方面發(fā)揮著重要的作用。其中，CT（ComputedTomography，計算機(jī)斷層掃描）技術(shù)是一種非常常用的影像技術(shù)。在CT成像中，錐形束CT是其中的一類重要技術(shù)。錐形束CT是一種較為新穎的成像方式，其通過椎體束來掃描極薄的區(qū)域，然后再將不同角度的投影數(shù)據(jù)綜合起來進(jìn)行重建。錐形束CT能夠提供比傳統(tǒng)的螺旋CT更高的成像質(zhì)量，因此在醫(yī)學(xué)、工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時，錐形束CT的數(shù)據(jù)量也非常大，因此對算法的計算力及速度有嚴(yán)苛的要求。因此，本文選取錐束CT三維重建算法的FPGA加速研究作為研究課題。二、研究意義由于錐形束CT數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)處理過程中存在較大的計算量，并且需要在較短時間內(nèi)完成數(shù)據(jù)處理與重建，傳統(tǒng)的CPU處理方式往往難以滿足實時性要求。FPGA因其具有可編程性和并行處理能力，可提供高速、高效的加速器解決方案。在醫(yī)學(xué)影像技術(shù)中，F(xiàn)PGA加速器已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，使得醫(yī)學(xué)圖像處理的速度大大提高。本文旨在研究并實現(xiàn)一套高速、高效的錐束CT三維重建算法，提高數(shù)據(jù)處理速度以及成像質(zhì)量，有利于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)在臨床上的應(yīng)用。三、研究內(nèi)容本文將重點研究以下內(nèi)容：1.錐束CT成像原理及重建算法。對錐束CT成像原理進(jìn)行分析，討論不同的錐束CT三維重建算法，并結(jié)合其特點與優(yōu)缺點進(jìn)行比較和評價。2.FPGA加速器原理及設(shè)計。介紹FPGA的概念及其加速器設(shè)計原理，研究如何將FPGA應(yīng)用于錐束CT三維重建算法的加速設(shè)計中。3.基于FPGA的錐束CT三維重建算法實現(xiàn)。利用Vivado工具實現(xiàn)基于FPGA的錐束CT三維重建算法，并分析其加速效果、計算速度和成像質(zhì)量。四、研究方法1.文獻(xiàn)調(diào)研。通過查詢文獻(xiàn)，了解錐束CT成像原理及重建算法的相關(guān)知識，掌握現(xiàn)有的加速器實現(xiàn)方法。2.系統(tǒng)設(shè)計。通過分析錐束CT三維重建算法的流程，設(shè)計相應(yīng)的FPGA加速器并進(jìn)行實現(xiàn)。利用Verilog語言實現(xiàn)FPGA邏輯電路設(shè)計，使用Vivado實現(xiàn)FPGA芯片的綜合、布局和時序約束（constraints）等。3.實驗測試。在NIMyRIO上搭建測試環(huán)境，并進(jìn)行FPGA加速器效果和成像質(zhì)量的測試，并與傳統(tǒng)CPU加速算法進(jìn)行比較。五、預(yù)期成果1.研究錐束CT三維重建算法的相關(guān)理論知識，并對其加速優(yōu)化可能產(chǎn)生的效果進(jìn)行分析。2.設(shè)計并實現(xiàn)基于FPGA的錐束CT三維重建算法加速器，分析加速器的計算速度、性能和成像質(zhì)量，并與傳統(tǒng)的CPU加速算法進(jìn)行對比。3.論文撰寫。撰寫一篇完整的論文，詳細(xì)介紹錐束CT三維重建算法的FPGA加速研究過程和實驗結(jié)果，總結(jié)研究結(jié)論。六、時間安排本研究計劃從2022年3月開始，預(yù)計完成時間為9個月。安排如下：第1-2個月：文獻(xiàn)調(diào)研與相關(guān)知識掌握第3-4個月：FPGA加速器原理及設(shè)計第5-7個月：基于FPGA的錐束CT三維重建算法實現(xiàn)第8-9個月：論文撰寫和終稿整理七、研究團(tuán)隊本課題研究團(tuán)隊由4名本科生組成。其中，2名本科生負(fù)責(zé)錐束CT算法研究，另外2名本科生負(fù)責(zé)FPGA加速器設(shè)計和實現(xiàn)。研究團(tuán)隊將定期