錐束CT三維重建算法加速技術(shù)研究.pdf

1、采用平板探測器的錐束CT系統(tǒng)掃描一圈可以得到多層的投影數(shù)據(jù)，相對于二維平行、扇束CT，具有掃描時間短、空間分辨率高、射線利用效率高的顯著特點，現(xiàn)已得到廣泛的應(yīng)用。Feldkamp、David和Kress提出的基于圓形掃描軌跡的實用近似重建算法(簡稱為FDK算法)，目前是商用錐束CT機(jī)上最通用的算法。但是隨著面陣探測器上探測單元數(shù)量越來越多，探測器掃描速度越來越快以及錐束CT重建算法的復(fù)雜性，使得三維圖像重建的運(yùn)算量和數(shù)據(jù)傳輸量越來越大，

2、重建時間也越來越長，過去只利用CPU進(jìn)行重建計算的方案已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工程應(yīng)用的要求，因此研究如何提高錐束CT重建算法的運(yùn)算速度并找到合適的方案具有重要的學(xué)術(shù)價值和應(yīng)用研究價值。
　　 本文主要做了兩個方面的研究，一是從重建算法的角度對錐束CT的圖像重建加速理論進(jìn)行研究；其二是研究利用圖形處理器領(lǐng)域的統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)技術(shù)來實現(xiàn)FDK算法的加速計算。
　　 在錐束CT重建算法的研究方面，本文對FDK算法進(jìn)行了較為深入地研究

3、，做了三個方面的工作。其一，對FDK算法的并行性原理進(jìn)行分析，F(xiàn)DK算法的運(yùn)算量大，但具有并行性，可以按轉(zhuǎn)動分度和重建對象切片劃分進(jìn)行并行計算；其二，利用FPGA進(jìn)行錐束CT圖像重建，一直是工業(yè)CT領(lǐng)域的一個研究熱點，本文根據(jù)FDK算法中的反投影計算過程，對反投影流水線計算架構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)該架構(gòu)可以使反投影算法在低并行度條件下實現(xiàn)快速計算，在計算機(jī)上的仿真實驗表明該架構(gòu)在FPGA上是可以實現(xiàn)的；其三，研究了FDK算法中的反投影定點算

4、法，并在計算機(jī)平臺上進(jìn)行了實驗，實驗結(jié)果表明定點算法相對于浮點算法的誤差率小于1％。
　　 在硬件重建加速的應(yīng)用研究方面，本文根據(jù)FDK算法的并行計算原理，提出了利用圖形處理器領(lǐng)域中的統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)技術(shù)來實現(xiàn)重建加速的方案。該方案采用了基于這種全新軟硬件架構(gòu)的圖形顯示卡，通過該架構(gòu)特有的編程方式，利用圖形處理器中的流處理器來進(jìn)行FDK算法中的加權(quán)、濾波和反投影計算，實現(xiàn)了FDK算法的快速計算。實驗結(jié)果表明，對于5123的單精度