[發明專利]基于遺傳算法的CT圖像重建反投影加速方法

在審

• 申請號: 201510808472.4
• 申請日: 2015-11-21
• 公開（公告）號: CN105374006A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 李磊;閆鑌;張峰;王敬雨;孫艷敏;韓玉;張翔;陳思宇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: G06T1/60
• 分類號: G06T1/60;G06N3/12
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

技術領域

該發明涉及一種CT圖像重建的方法，特別是涉及一種基于遺傳算法的CT圖像重建反投影加速方法。

背景技術

計算機斷層成像(ComputedTomography,CT)以其無損、精確、三維可視化等優點在工業無損檢 測和醫療診斷領域獲得了廣泛的應用。然而CT設備在提高成像質量和重建分辨率的同時，相應需求的計 算資源和存儲資源都非常大，重建速度已成為CT技術走向實用的一個瓶頸，如何對CT重建過程加速是目 前該領域研究的一個難點問題。

目前，實際CT系統中應用的主流算法主要集中于以濾波反投影為基礎的解析類重建算法上，如FBP、 FDK等算法。在這類算法中，反投影過程所占計算消耗的比例最高，對反投影計算的加速是實際應用中重 建加速的關鍵點。

在半導體工藝和并行計算技術進步的推動下，特別是以GPU為代表的眾核處理器的推出，使得圖像 重建速度已不再是一個瓶頸。在眾多高性能計算方案中，基于CUDA的圖像重建算法加速效果十分顯著， 利用CUDA實現對CT重建的反投影過程進行加速是該領域的重要研究方向。

經過現有技術的文獻檢索發現，利用CUDA加速CT重建反投影的文章采取的實現方式存在訪存帶寬 受限、自適應程度低等不足。2011年，Papenhausen在WorkshoponHighPerformanceImageReconstruction 上發表《GPU-acceleratedback-projectionrevisited:squeezingperformancebycarefultuning》， 通過常數存儲器、紋理存儲器和一次反投影多個投影等更精細的優化策略，使得GPU在圖像重建中的優勢 得到更好的發揮。2014年，Zhang等人在AppliedMechanicsandMaterials上發表《ComparisonofParallel ComputingMethodsforFastCone-BeamReconstructionwithSimilarOptimizationStrategies》， 充分利用了GPU受限于訪存帶寬而不是計算帶寬的特點，通過一次反投影更多投影的方式，對于5123的 重建圖像僅需要2.1秒。但上述方法的性能瓶頸是都需要人為來識別，加速策略的自適應程度低。

發明內容

本發明克服了現有技術中，利用CUDA加速CT重建反投影的實現方式存在訪存帶寬受限、自適應程 度低等問題，提供一種自適應程度高的基于遺傳算法的CT圖像重建反投影加速方法。

本發明的技術解決方案是，提供一種具有以下步驟的基于遺傳算法的CT圖像重建反投影加速方法： 其在CUDA編程框架下，基于CUDA的反投影并行計算策略如下：

(1)一次反投影核函數運算處理多個投影，減少重建圖像體素值更新時對全局存儲器的訪問次數；

(2)合理設計線程網格(grid)和線程塊(block)的維度和順序來保證全局存儲器的合并訪問，降 低重建圖像體素值更新時對全局存儲器的訪問延遲；

(3)使用常數存儲器保存反投影中的常數，比如三角函數值，減少算術指令的運算時間；

(4)使用紋理存儲器實現雙線性插值，減少算術指令的運算時間；

(5)約簡反投影運算中的相同因子，如相同的除法，減少算術指令的運算時間。

所述定義策略(1)中一次反投影處理I個投影，策略(2)中block的維度為(Bx,By)、一個線程更 新K個體素，建立以(I,K,Bx,By)為參數、以反投影計算時間T(I,K,B_x,B_y)為代價函數的最優化模型