[發明專利]基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法及其裝置

在審

• 申請號: 201710270520.8
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107194864A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）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（專利權）人: 中國人民解放軍信息工程大學
• 主分類號: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06T17/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司41111
• 代理人: 周艷巧

1.一種基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，異構平臺包含主機及異構OpenCL計算設備，該加速方法包含如下內容：對FDK重建算法進行算粒分解，分析各個算粒的并行計算流程；通過異構平臺中的主機及異構OpenCL計算設備對各個算粒進行加速優化處理。

2.根據權利要求1所述的基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，所述的主機為運行主程序的CPU，OpenCL計算設備包含運行內核程序的異構容器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核程序的運行。

3.根據權利要求2所述的基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，對FDK重建算法進行算粒分解，包含：根據FDK算法內容，分解為：用于對投影數據進行加權的投影加權算粒，用于對加權后的投影數據進行濾波的濾波算粒，用于將濾波后的投影數據反投影到重建物體上的反投影算粒，及用于對反投影結果進行歸約處理的歸約算粒。

4.根據權利要求3所述的基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，根據FDK重建算法公式：

通過對公式中積分的拆分及離散化，分為：

投影加權算粒，表示為：其中，p'(θ,u,v)表示旋轉分度為θ時對投影數據進行加權后的數據，為加權系數；

濾波算粒，表示為：其中，d_f(θ,u,v)為濾波后的數據，h(u)為濾波算子的單位沖激響應，[-u_m,u_m]表示探測器每一行采集的2m個數據；

反投影算粒，表示為：其中，f(x,y,z,θ)表示重建物體在旋轉分度為θ時投影點對f(x,y,z)的貢獻值；

歸約算粒，表示為：其中，φ_max為重建物體旋轉一周時離散采得的投影分度數。

5.根據權利要求3所述的基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，對各個算粒進行加速優化處理，包含：采用FPGA對投影加權算粒進行并行處理，通過異步傳輸至GPU，在傳輸過程中同時對濾波算粒進行處理；結合反投影時各體素點的數據并行操作，在GPU內按體素點對反投影算粒進行多線程并行反投影計算。

6.根據權利要求5所述的基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，根據FDK重建算法中重建區域在旋轉軸方向上行的各層投影數據和探測器投影數據縱軸方向上的各行數據的投影對應關系，采用分塊重建策略，沿旋轉軸方向將待重建區域分成若干塊，重建其中一塊時從外部存儲器取出對應的投影數據進行重建操作。

7.根據權利要求5所述的基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，采用FPGA對投影加權算粒進行并行處理，包含：將全局存儲器分割為2塊bank，通過負載分配實現隨機存取存儲器的訪問均衡；通過常數存儲器存儲需要多次重復計算的中間變量。

8.根據權利要求5所述的基于異構平臺的CT圖像三維重建加速方法，其特征在于，在GPU內按體素點對反投影算粒進行多線程并行反投影計算，包含：采用基于體素驅動方式，按重建體數據輸出對GPU進行任務劃分；將計算中與體素無關的變量進行分離和合并，并在反投影前計算出來存儲于GPU的常數存儲器中，反投影計算時，直接讀取常數存儲器中的變量參與計算；優化內核程序中一次反投影的張數。