[發(fā)明專利]多源螺旋CT并行重建系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710041120.6
• 申請日: 2007-05-24
• 公開（公告）號: CN101073500A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 金燕南;趙俊;莊天戈
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B6/03
• 分類號: A61B6/03;H05G1/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發(fā)明涉及的是一種用于生物醫(yī)學的圖像處理技術領域的圖像系統(tǒng)，特別是一種使用多個處理單元并行實現(xiàn)多源螺旋CT成像的多源螺旋CT并行重建系統(tǒng)。

背景技術

多源螺旋CT得工作原理是這樣的，2N+1個X射線球管對稱安裝再同一門架內，當門架旋轉時，載有待測對象的檢查床沿垂直于門架的方向做直線運動。這時若以待測物體為參考系觀察，2N+1個X射線球管的運動軌跡為2N+1條螺旋線。從X射線源發(fā)出的X射線穿過被測物體，由對面的檢測器采集，得到重建所需的投影數(shù)據(jù)。由于2N+1個X射線源對應的2N+1個檢測器同時采集投影數(shù)據(jù)，因此多源螺旋CT的成像速度更快。

2006年Jun?Zhao等人提出的三源精確重建算法(J.Zhao，An?ExactReconstruction?Algorithm?for?Triple-Source?Helical?Cone-Beam?CT[三源螺旋錐形束CT精確重建算法]，Journal?of?X-Ray?Science?and?Technology[X射線科學技術雜志]，Vol.14，pp.191-206)基于跨螺旋PI線與最小檢測窗的概念，z軸方向分辨率與z軸覆蓋范圍無關，更加適合大螺距重建。但是這種精確重建算法數(shù)據(jù)量大，重建時間長，限制了其在臨床診斷中的應用。解決精確重建速度問題的一個方法是采用并行運算，尤其是日益發(fā)展的集群計算技術。

經對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00510103153.X)提出了一種CT并行重建技術，但這種方法只針對單源CT重建系統(tǒng)，沒有考慮多個X射線源同時采集的條件下數(shù)據(jù)的特點。因此針對多源CT精確重建算法，研究一種能與之相適應的并行重建系統(tǒng)，盡可能減少重建過程中節(jié)點間的通信開銷，對于提高重建速度，推廣精確重建算法具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種多源螺旋CT并行重建系統(tǒng)，使其采用2N+1個CPU集群分別處理2N+1個X射線源采集的投影數(shù)據(jù)，減小節(jié)點間的數(shù)據(jù)交互，從而提高加速比，改善重建系統(tǒng)的性能。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括兩個模塊：多源機架掃描模塊和圖像重建模塊。多源機架掃描模塊采用2N+1(N是自然數(shù))個X射線源同時旋轉的掃描結構，采集到的投影數(shù)據(jù)送入圖像重建模塊；圖像重建模塊采用多源螺旋CT精確重建算法，先由單獨的計算集群模塊采用單個X射線源的投影數(shù)據(jù)重建計算出中間結果，再由中心計算機整合重排得到重建結果，最后存儲結果并顯示輸出。

所述的多源機架掃描模塊包括2N+1個X射線源，每一個X射線源對應一個準直器和一個X射線探測器。由X射線源發(fā)出的X射線經過準直器，穿過被測物體后被對面的X射線探測器接收，X射線探測器的高度等于最小檢測窗的高度。多源機架掃描模塊還包括一個用于放置被測對象的檢查床。2N+1個X射線源安放在同一個機架上，當機架轉動時，檢查床沿機架的軸向做直線運動。2N+1個X射線源采集到的投影數(shù)據(jù)分別送入圖像重建模塊中對應的數(shù)據(jù)采集器。

所述的圖像重建模塊包括2N+1個數(shù)據(jù)采集器、2N+1個計算集群模塊、中心計算機、輸入輸出接口、存儲設備和控制接口。其中2N+1個數(shù)據(jù)采集器接收來自X射線探測器的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送入2N+1個計算集群模塊。每個計算集群模塊通過總線與中心計算機進行數(shù)據(jù)通信。輸入輸出設備、存儲設備和控制接口分別與中心計算機相連，受中心計算機的控制。

所述的計算集群模塊采用2N+1源螺旋CT精確重建算法進行重建，首先在對單個X射線源產生的投影數(shù)據(jù)進行微分，然后沿著跨螺旋PI線進行濾波反投影或反投影濾波運算，得到跨螺旋PI坐標系中的中間結果傳送給中心計算機。

所述的中心計算機收集來自2N+1個計算集群模塊的中間結果，并對中間結果進行加權、累加之后重排到笛卡兒坐標系，最后存儲重建結果并顯示輸出。

所述的最小檢測窗是指：給定一個X射線源，由該X射線源出發(fā)的上一圈螺旋與下一圈螺旋間最中間的兩圈螺旋或其投影圍成的區(qū)域。

所述的跨螺旋PI坐標系是指：一個二維直角坐標系，一根軸為跨螺旋PI線，另一根軸為跨螺旋PI線的一個端點的角度參數(shù)，跨螺旋PI線的另一個端點為固定值。

所述的跨螺旋PI線是指：一個直線段，它的一個端點位于一條螺旋線上、另一個端點位于另一條螺旋線上、表示這兩個端點位置的角度參數(shù)之差小于360度。