[發(fā)明專利]基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法及其裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710270520.8
• 申請(qǐng)日: 2017-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN107194864A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆鑌;李磊;王林元;孫艷敏;路萬里;蔡愛龍;張瀚銘;張文昆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T1/20
• 分類號(hào): G06T1/20;G06T17/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司41111
• 代理人: 周艷巧

1.一種基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，異構(gòu)平臺(tái)包含主機(jī)及異構(gòu)OpenCL計(jì)算設(shè)備，該加速方法包含如下內(nèi)容：對(duì)FDK重建算法進(jìn)行算粒分解，分析各個(gè)算粒的并行計(jì)算流程；通過異構(gòu)平臺(tái)中的主機(jī)及異構(gòu)OpenCL計(jì)算設(shè)備對(duì)各個(gè)算粒進(jìn)行加速優(yōu)化處理。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，所述的主機(jī)為運(yùn)行主程序的CPU，OpenCL計(jì)算設(shè)備包含運(yùn)行內(nèi)核程序的異構(gòu)容器GPU和FPGA，CPU、GPU及FPGA之間通過PCI-E總線相通信，主程序通過定義上下文來管理內(nèi)核程序的運(yùn)行。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，對(duì)FDK重建算法進(jìn)行算粒分解，包含：根據(jù)FDK算法內(nèi)容，分解為：用于對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)的投影加權(quán)算粒，用于對(duì)加權(quán)后的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的濾波算粒，用于將濾波后的投影數(shù)據(jù)反投影到重建物體上的反投影算粒，及用于對(duì)反投影結(jié)果進(jìn)行歸約處理的歸約算粒。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，根據(jù)FDK重建算法公式：

通過對(duì)公式中積分的拆分及離散化，分為：

投影加權(quán)算粒，表示為：其中，p'(θ,u,v)表示旋轉(zhuǎn)分度為θ時(shí)對(duì)投影數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)后的數(shù)據(jù)，為加權(quán)系數(shù)；

濾波算粒，表示為：其中，d_f(θ,u,v)為濾波后的數(shù)據(jù)，h(u)為濾波算子的單位沖激響應(yīng)，[-u_m,u_m]表示探測(cè)器每一行采集的2m個(gè)數(shù)據(jù)；

反投影算粒，表示為：其中，f(x,y,z,θ)表示重建物體在旋轉(zhuǎn)分度為θ時(shí)投影點(diǎn)對(duì)f(x,y,z)的貢獻(xiàn)值；

歸約算粒，表示為：其中，φ_max為重建物體旋轉(zhuǎn)一周時(shí)離散采得的投影分度數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，對(duì)各個(gè)算粒進(jìn)行加速優(yōu)化處理，包含：采用FPGA對(duì)投影加權(quán)算粒進(jìn)行并行處理，通過異步傳輸至GPU，在傳輸過程中同時(shí)對(duì)濾波算粒進(jìn)行處理；結(jié)合反投影時(shí)各體素點(diǎn)的數(shù)據(jù)并行操作，在GPU內(nèi)按體素點(diǎn)對(duì)反投影算粒進(jìn)行多線程并行反投影計(jì)算。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，根據(jù)FDK重建算法中重建區(qū)域在旋轉(zhuǎn)軸方向上行的各層投影數(shù)據(jù)和探測(cè)器投影數(shù)據(jù)縱軸方向上的各行數(shù)據(jù)的投影對(duì)應(yīng)關(guān)系，采用分塊重建策略，沿旋轉(zhuǎn)軸方向?qū)⒋亟▍^(qū)域分成若干塊，重建其中一塊時(shí)從外部存儲(chǔ)器取出對(duì)應(yīng)的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建操作。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，采用FPGA對(duì)投影加權(quán)算粒進(jìn)行并行處理，包含：將全局存儲(chǔ)器分割為2塊bank，通過負(fù)載分配實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的訪問均衡；通過常數(shù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)需要多次重復(fù)計(jì)算的中間變量。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于異構(gòu)平臺(tái)的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，在GPU內(nèi)按體素點(diǎn)對(duì)反投影算粒進(jìn)行多線程并行反投影計(jì)算，包含：采用基于體素驅(qū)動(dòng)方式，按重建體數(shù)據(jù)輸出對(duì)GPU進(jìn)行任務(wù)劃分；將計(jì)算中與體素?zé)o關(guān)的變量進(jìn)行分離和合并，并在反投影前計(jì)算出來存儲(chǔ)于GPU的常數(shù)存儲(chǔ)器中，反投影計(jì)算時(shí)，直接讀取常數(shù)存儲(chǔ)器中的變量參與計(jì)算；優(yōu)化內(nèi)核程序中一次反投影的張數(shù)。