GPU-based acceleration and mesh optimization of finite-element-method-based quantitative photoacoustic tomography: a step towards clinical applications

计算机科学 有限元法 成像体模 迭代重建 断层摄影术 加速度 图形处理单元 计算科学 图像质量 自适应网格优化 重建算法 计算 算法 计算机视觉 光学 图像(数学) 并行计算 物理 热力学 经典力学
作者
Tianqi Shan,Jin Qi,Max Jiang,Huabei Jiang
出处
期刊:Applied optics [The Optical Society]
卷期号:56 (15): 4426-4426 被引量:19
标识
DOI:10.1364/ao.56.004426
摘要

Finite element method (FEM)-based time-domain quantitative photoacoustic tomography (TD-qPAT) is a powerful approach, as it provides highly accurate quantitative imaging capability by recovering absolute tissue absorption coefficients for functional imaging. However, this approach is extremely computationally demanding, and requires days for the reconstruction of one set of images, making it impractical to be used in clinical applications, where a large amount of data needs to be processed in a limited time scale. To address this challenge, here we present a graphic processing unit (GPU)-based parallelization method to accelerate the image reconstruction using FEM-based TD-qPAT. In addition, to further optimize FEM-based TD-qPAT reconstruction, an adaptive meshing technique, along with mesh density optimization, is adopted. Phantom experimental data are used in our study to evaluate the GPU-based TD-qPAT algorithm, as well as the adaptive meshing technique. The results show that our new approach can considerably reduce the computation time by at least 136-fold over the current central processing unit (CPU)-based algorithm. The quality of image reconstruction is also improved significantly when adaptive meshing and mesh density optimization are applied.
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