基于GPU的三維錐束CT圖像的快速重建.pdf

1、計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(computed Tomography,簡稱為CT)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人體組織成像、工業(yè)無損檢測(cè)等領(lǐng)域。錐束CT也叫三維CT,由于在空間軸向分辨率、掃描速度以及射線利用效率等方面的優(yōu)勢(shì),三維錐束CT逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。錐束CT的重建算法大致分為迭代法和解析法兩大類。解析法又分為精確重建和近似重建,近似算法重建圖像的質(zhì)量雖然沒有精確重建的好,但是它具有執(zhí)行效率高,機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡單等優(yōu)點(diǎn)。Feldkamp、David和Kres

2、s提出了基于圓形掃描軌跡的實(shí)用近似重建算法(簡稱為FDK算法),后被推廣到螺旋掃描軌跡,目前該算法是商用錐束CT機(jī)上通用的算法。相比解析重建法,迭代重建算法需要迭代運(yùn)算,計(jì)算比較耗時(shí),但是在某些特殊場(chǎng)合,例如投影數(shù)據(jù)不全或錐角很大,迭代重建算法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。迭代算法也是無損檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),典型的迭代算法有SART、ML-EM、及OS-EM。三維圖像重建運(yùn)算量大,在很多情況下,重建所需時(shí)間難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求,CT圖像重建的速度成

3、了制約三維錐束CT普及的一個(gè)重要因素。為了滿足這種實(shí)際要求,國內(nèi)外發(fā)展出了很多圖像重建的加速方法。這些加速方法可以分為兩類:基于算法改進(jìn)的加速方法、以及基于硬件的加速方法。硬件加速方法中又可分為:專用集成電路ASIC、FPGA門陣列、圖形處理器GPU、以及PC集群并行計(jì)算等方法?；贕PU的3D快速CT重建算法,由于硬件發(fā)展迅速、實(shí)現(xiàn)成本低,實(shí)用性強(qiáng),加速效果明顯,已經(jīng)成為一種重要的3D圖像重建加速方法。為了充分利用GPU的并行處理能力

4、以及提高數(shù)據(jù)傳輸效率,本文仔細(xì)分析了錐束CT掃描的FDK算法及GPU用于圖像重建的特點(diǎn),并在此基礎(chǔ)上研究了一種結(jié)合使用GPU多重紋理(multitexture)加速三維圓周掃描錐束CT的FDK圖像重建過程的方法。該方法采用多重紋理映射來提高反投影速度、減少中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、減少浮點(diǎn)累加次數(shù),使用頂點(diǎn)顏色通道來實(shí)現(xiàn)距離加權(quán)運(yùn)算,采用擴(kuò)展方法來增加并行反投影的紋理單元,從而提高重建速度。計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,使用普通PC機(jī)重建尺寸為256～3的

5、圖像,在保證數(shù)據(jù)精度為16bit浮點(diǎn)數(shù)的要求下,GPU反投影計(jì)算可以在10秒以內(nèi)完成。與僅使用CPU的重建方法相比,GPU重建圖像加速方法達(dá)到了較高的時(shí)間加速比。本文仔細(xì)分析了螺旋掃描軌跡下的FDK算法及GPU用于此算法時(shí)的特點(diǎn),將用于圓周掃描軌跡下的GPU多重紋理加速FDK圖像重建的方法,移植到螺旋掃描軌跡下的錐束CT圖像的加速重建過程中,從而得到一種結(jié)合使用GPU多重紋理加速螺旋掃描軌跡下三維錐束CT的FDK圖像重建過程的方法。計(jì)算