專(zhuān)利名稱(chēng)：基于cell寬頻引擎的螺旋ct精確重建系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，特別是一種基于CELL寬頻 引擎并行實(shí)現(xiàn)的螺旋CT精確重建系統(tǒng)。
技術(shù)背景螺旋CT己經(jīng)在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用。在CT檢查中，待測(cè)對(duì)象平躺在檢 查床上，裝有X射線源和X射線探測(cè)器安裝在同一門(mén)架內(nèi)，當(dāng)門(mén)架旋轉(zhuǎn)時(shí)，檢査 床沿垂直于門(mén)架的方向做直線運(yùn)動(dòng)。這樣，以待測(cè)對(duì)象作為參考系觀察，X射線 源的運(yùn)動(dòng)軌跡為一條螺旋線。由X射線源發(fā)出的X射線穿過(guò)待測(cè)對(duì)象，經(jīng)過(guò)衰減 的信號(hào)被對(duì)側(cè)的探測(cè)器所接收，CT成像的目標(biāo)即是從接收到的投影數(shù)據(jù)中重建 出三維圖像。2002年提出的Katsevich精確重建算法是CT理論的重大突破，該算法采用 一維移不變的濾波運(yùn)算，且重建物體中的任一點(diǎn)所用到的投影數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的掃描角 度不大于360度，從而完美地解決了長(zhǎng)物體問(wèn)題。Katsevich算法的精確與高效 引起了廣泛的關(guān)注，很快成為研究熱點(diǎn)。然而該算法要求的數(shù)據(jù)量大，運(yùn)算時(shí)間 長(zhǎng)，阻礙了其臨床應(yīng)用。當(dāng)投影數(shù)據(jù)逐漸增大時(shí)，運(yùn)算量的問(wèn)題尤為突出。采用并行運(yùn)算技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。IBM公司最新推出了 Cell 寬頻引擎架構(gòu)(Cell Broadband Engine Architecture, CBEA)，其中單顆Cell 處理器的核心可以達(dá)到250Gfl叩s的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，運(yùn)算速度是目前NVIDIA最 強(qiáng)的3D顯示芯片的六倍。Cell處理器包含一個(gè)主處理單元(PPE)和八個(gè)協(xié)處理 單元(SPE)，這種多核架構(gòu)并行度好，時(shí)鐘頻率高，擁有龐大的總線與內(nèi)存帶寬， 十分適合CT重建算法的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)朜o. 200710041120. 6) 提出了一種CT并行重建系統(tǒng)，但該系統(tǒng)采用的是基于MPI的集群運(yùn)算技術(shù)，在 重建中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互會(huì)影響重建速度。隨著重建精度的提高，投影數(shù)據(jù)量 的增大，節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸會(huì)降低并行重建系統(tǒng)的加速比。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Cell平臺(tái)的螺旋CT 精確重建系統(tǒng)。該系統(tǒng)中Cell芯片的八個(gè)協(xié)處理單元(SPE)能夠并行地處理投影 數(shù)據(jù)，主處理單元(PPE)負(fù)責(zé)調(diào)度和整合重建結(jié)果。同時(shí)根據(jù)Cell芯片的指令集 對(duì)精確重建算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，以提高并行效率和加速比，改善重建系統(tǒng)的性 能。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括四個(gè)模塊投影采集模塊、 DMA (直接內(nèi)存存取)控制模塊、圖像重建模塊和顯示輸出模塊。投影采集模塊 采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波、去噪聲預(yù)處理后保存在數(shù)據(jù)采集器的存儲(chǔ)器中，等待與 DMA控制模塊交互；DMA控制模塊從投影采集模塊中選擇重建需要的投影數(shù)據(jù)， 并將數(shù)據(jù)傳遞給圖像重建模塊。圖像重建模塊采用螺旋CT精確重建算法，首先 通過(guò)濾波反投影或反投影濾波重建算法得到PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果，再通過(guò)數(shù) 據(jù)重排PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果通過(guò)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系中的結(jié)果。最后存儲(chǔ)重建結(jié)果并通過(guò)顯示輸出模塊給出重建圖像。所述的投影采集模塊包括一個(gè)X射線源， 一個(gè)準(zhǔn)直器， 一個(gè)X射線探測(cè)器， 一個(gè)數(shù)據(jù)采集器和能夠繞中心軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)架。X射線源及其對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直器、探測(cè) 器安放在同一個(gè)機(jī)架上，由X射線源發(fā)出的X射線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器，穿過(guò)被測(cè)物體后 被對(duì)面的X射線探測(cè)器接收。X射線探測(cè)器采集到的投影數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)采集器 中，等待圖像重建時(shí)使用。投影采集模塊還包括一個(gè)檢查床，該檢査床沿著機(jī)架 的中心軸穿過(guò)機(jī)架，其作用是放置被測(cè)對(duì)象。當(dāng)安放有X射線源和準(zhǔn)直器、X射 線探測(cè)器的機(jī)架繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢査床沿著機(jī)架的中心軸做直線運(yùn)動(dòng)。所述的DMA控制模塊讀取投影采集模塊得到的投影數(shù)據(jù)，供圖像重建模塊使 用。由于SPE (協(xié)處理單元)的局部存儲(chǔ)容量有限，不可能將所有投影數(shù)據(jù)復(fù)制 到SPE中，因此需要采用D區(qū)(直接內(nèi)存存取)的方式讀取投影數(shù)據(jù)。但傳統(tǒng)的 順序DMA讀取方式會(huì)導(dǎo)致SPE在DMA讀取時(shí)發(fā)生空閑，影響重建速度。DMA控制 模塊利用Cell平臺(tái)的特性，疾多個(gè)通道同時(shí)發(fā)出DMA命令，讀取投影數(shù)據(jù)。在 等待DMA讀取期間，圖像重建模塊中的SPE利用上一個(gè)DMA周期中各個(gè)通道讀取 的投影數(shù)據(jù)依次進(jìn)行重建。當(dāng)重建完成之后，該周期的DMA讀取也即將結(jié)束，即 下一輪重建所需的投影數(shù)據(jù)也正好準(zhǔn)備就緒。此時(shí)可以重復(fù)上述過(guò)程，再次發(fā)出多通道DMA命令并開(kāi)始重建。所述的圖像重建模塊采用螺旋CT精確重建算法，通過(guò)DMA控制模塊讀取投 影數(shù)據(jù)，完成重建過(guò)程。該圖像重建模塊包括四個(gè)子模塊，分別是微分子模塊、 反投影子模塊、希爾伯特濾波子模塊和數(shù)據(jù)重排子模塊。其中所述的微分子模塊在主處理單元(PPE)中進(jìn)行，該子模塊直接讀取投影采 集模塊數(shù)據(jù)采集器中的投影數(shù)據(jù)，計(jì)算投影數(shù)據(jù)相對(duì)于投影角度的微分，并將微 分結(jié)果保存回投影采集模塊的數(shù)據(jù)采集器；所述的反投影子模塊在協(xié)處理單元(SPE)中進(jìn)行，該子模塊通過(guò)DMA控制 模塊讀取投影采集模塊中的投影數(shù)據(jù)，利用二分法計(jì)算PI線的兩個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 投影角度，并以此作為反投影積分的上下限，計(jì)算該點(diǎn)的反投影并傳送給希爾伯 特濾波子模塊；所述的希爾伯特濾波子模塊在協(xié)處理單元(SPE)中進(jìn)行，該子模塊接受來(lái) 自反投影子模塊的數(shù)據(jù)，并與希爾伯特核函數(shù)進(jìn)行巻積，每次巻積之后的結(jié)果為 沿一條PI線的重建結(jié)果；所述的數(shù)據(jù)重排子模塊在主處理單元(PPE)中進(jìn)行，該子模塊整合各SPE 進(jìn)行希爾伯特濾波之后的結(jié)果，得到完整的PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果，經(jīng)過(guò)坐標(biāo) 變換之后重排到笛卡爾坐標(biāo)系中，數(shù)據(jù)重排子模塊將重建結(jié)果輸出到顯示輸出模 塊。所述的PI坐標(biāo)系是指 一個(gè)二維直角坐標(biāo)系， 一根軸為PI線，另一根軸為 PI線的一個(gè)端點(diǎn)的角度參數(shù)，PI線的另一個(gè)端點(diǎn)的角度參數(shù)為固定值；所述的PI線是指 一個(gè)直線段，它的兩個(gè)端點(diǎn)都位于螺旋線上，且表示這 兩個(gè)端點(diǎn)位置的角度參數(shù)之差小于360度。所述的顯示輸出模塊讀取笛卡爾坐標(biāo)系中的重建結(jié)果，首先保存到專(zhuān)用存儲(chǔ) 設(shè)備上，然后在高分辨的醫(yī)用顯示器上顯示斷層圖像；并可以根據(jù)用戶要求選擇 灰度窗口和不同角度的截面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用Cell寬頻引擎架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確重建算法，有 益效果是l)本發(fā)明描述的重建系統(tǒng)基于Cell寬頻引擎架構(gòu)，運(yùn)算速度快，在 采用單個(gè)Cell芯片的條件下，仿真臨床CT投影的數(shù)據(jù)量，完成整個(gè)精確重建過(guò) 程約為10分鐘；2)本發(fā)明描述的重建系統(tǒng)在PPE和SPE之間的DMA控制采用多通道技術(shù)，數(shù)據(jù)讀取速度比傳統(tǒng)的順序存取技術(shù)快2倍以上；3)本發(fā)明所描述的 并行重建系統(tǒng)能夠?qū)⒅亟ㄈ蝿?wù)較為平均地分配給Cell芯片的各個(gè)SPE，重建速 度隨SPE個(gè)數(shù)的增加近似為線性增加，具有很好的并行度。因此增加Cell芯片 的個(gè)數(shù)，還能進(jìn)一步提高重建速度，滿足臨床應(yīng)用的要求。


圖l本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框2圖像重建模塊說(shuō)明示意3a順序存取技術(shù)示意3b DMA控制模塊多通道交叉存取技術(shù)示意4 SPE加速比示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，實(shí)施例采用螺旋錐形束CT的掃描方式，并在Cell/PS3上安裝 Linux系統(tǒng)，采用濾波反投影精確重建算法對(duì)采集到的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。本發(fā) 明所述的重建系統(tǒng)包括投影采集模塊、DMA控制模塊、圖像重建模塊和顯示輸出 模塊四個(gè)部分。投影采集模塊采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波、去噪聲預(yù)處理后保存在數(shù) 據(jù)采集器的存儲(chǔ)器中，等待與DMA控制模塊交互；DMA控制模塊從投影采集模塊 中選擇重建需要的投影數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給圖像重建模塊；圖像重建模塊采用 螺旋CT精確重建算法，首先通過(guò)濾波反投影或反投影濾波重建算法得到PI坐標(biāo) 系中的重建結(jié)果，再通過(guò)數(shù)據(jù)重排PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果通過(guò)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為 笛卡爾坐標(biāo)系中的結(jié)果，最后存儲(chǔ)重建結(jié)果并通過(guò)顯示輸出模塊給出重建圖像。投影采集模塊包括一個(gè)X射線源及其對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直器和X射線探測(cè)器。由X 射線源發(fā)出的X射線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器之后，穿過(guò)被測(cè)物體，被對(duì)側(cè)的平板探測(cè)器所采 集。在本實(shí)施例中使用的是X射線探測(cè)器為平板探測(cè)器，這時(shí)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器之后的 X射線呈錐形，且X射線源相對(duì)于被測(cè)對(duì)象的規(guī)矩為螺旋線，因此這種方式稱(chēng)為 螺旋錐形束CT的掃描方式。X射線源每旋轉(zhuǎn)一圈采集1024個(gè)投影，平板探測(cè)器 的采樣點(diǎn)數(shù)為512X256。投影采集模塊還包括一個(gè)沿著機(jī)架旋轉(zhuǎn)軸方向安置的檢査床，被測(cè)對(duì)象安置在檢査床上，檢查床沿著與機(jī)架垂直的z軸方向做直線運(yùn) 動(dòng)。平板探測(cè)器采集到的投影數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)采集器中，Cell芯片的主運(yùn)算單 元PPE可以直接訪問(wèn)數(shù)據(jù)采集器，讀取需要的投影數(shù)據(jù)。D^V控制模塊在投影采集模塊和圖像重建模塊之間建立一種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。 圖像重建模塊的主要運(yùn)算在協(xié)處理單元(SPE)中進(jìn)行。由于SPE局部存儲(chǔ)容量 有限，不可能將所有投影數(shù)據(jù)復(fù)制到SPE中。本重建系統(tǒng)采用"按需使用DMA" (DMA-on-demand)的方式，即當(dāng)運(yùn)算時(shí)需要某個(gè)投影值時(shí)，采用DMA方式來(lái)讀 取數(shù)據(jù)。然而，如果等待DMA取到數(shù)據(jù)之后在開(kāi)始計(jì)算，SPE的效率會(huì)很低，因 為DMA在發(fā)出讀取命令之后，SPE會(huì)有一段時(shí)間的空閑。我們?cè)贒MA控制模塊中 采用多通道交叉存取的機(jī)制來(lái)加快SPE的數(shù)據(jù)讀取速度。所述的DMA控制模塊的工作原理如圖3b所示，下面假設(shè)投影數(shù)據(jù)已經(jīng)保存 在投影采集模塊的數(shù)據(jù)采集器中，待重建的是空間中的點(diǎn)&， x2， yi， y2。 DMA 控制模塊的作用就是保證在發(fā)出DMA命令從投影采集模塊讀取投影數(shù)據(jù)的同時(shí)， 圖像重建模塊的SPE能夠利用前面已經(jīng)讀取的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，而不是空閑等 待。1) DMA控制模塊的通道1、 2先后發(fā)出DMA命令(dmaO)從投影采集模塊中 讀取重建某一點(diǎn)&和X2需要的投影數(shù)據(jù)；2) 通道1首先完成讀取并將讀到的投影數(shù)據(jù)傳送給圖像重建模塊，隨即發(fā) 出dmal讀取重建下一點(diǎn)yi需要的投影數(shù)據(jù);3) 通道2完成讀取時(shí)，通道1已經(jīng)進(jìn)入了 DMA的等待。這時(shí)如果按照順序 存取(如圖3a所示)，SPE將處于空閑等待；然而在所述的重建系統(tǒng)中，圖像重 建模塊中的SPE這時(shí)開(kāi)始重建x, (calc0)，同時(shí)D區(qū)控制模塊中的的通道2發(fā)出 dnial讀取重建y2需要的投影數(shù)據(jù)；4) 圖像重建模塊重建&完成，通道2也已經(jīng)進(jìn)入了DMA的等待，可以圖像 重建模塊可以繼續(xù)重建X2 (calc0);5) 圖像重建模塊重建X2完成，等待DMA控制模塊的通道1、 2讀取重建y,， y2所需的投影數(shù)據(jù)(等待dmal完成)；6) 通道l、 2的dmal先后完成，重復(fù)上面的步驟2) 5)， D區(qū)控制模塊開(kāi)始 讀取重建下一點(diǎn)的投影數(shù)據(jù)(d腿2)，同時(shí)圖像重建模塊完成yi ， y2的重建(calcl)。以上描述的DMA控制模塊采用了多通道交叉存取的工作原理，可以顯著提高 SPE的運(yùn)算效率，對(duì)重建效果的改善十分明顯，重建速度可以提高為原來(lái)的3倍 以上。圖像重建模塊采用反投影濾波精確重建算法，通過(guò)DMA控制模塊讀取投影數(shù) 據(jù)，完成重建過(guò)程。所述的反投影濾波精確重建算法是指，先對(duì)錐形束投影數(shù)據(jù) 求偏導(dǎo)數(shù)，然后進(jìn)行反投影運(yùn)算，再沿著PI線進(jìn)行希爾伯特濾波，最后進(jìn)行數(shù) 據(jù)重排，得到笛卡爾坐標(biāo)系中的圖像。螺旋錐形束CT的投影數(shù)據(jù)可以表示為一個(gè)三維數(shù)組g(^/,v)，其中f表示投影角度，w，v分別表示在平板探測(cè)器上的二維坐標(biāo)。圖像重建模塊包括四個(gè)子模塊，分別是微分子模塊、反投影子模塊、希爾伯特濾波子模塊和數(shù)據(jù)重排子模塊。 其主要運(yùn)算在協(xié)處理單元中完成，如圖2所示，SPEj (其中j=l， 2…，8)表示 重建模塊中的第j個(gè)SPE。下面描述各子模塊的組成及其相互關(guān)系。所述的微分子模塊在PPE中進(jìn)行，該子模塊直接讀取投影采集模塊中的投影數(shù)據(jù)g"",力，計(jì)算其相對(duì)于投影角度f(wàn)的微分，在離散情況下，微分可以用相 鄰點(diǎn)之間的差分來(lái)計(jì)算，微分后得到的結(jié)果記為i^a,"，力，存儲(chǔ)到投影采集模塊的數(shù)據(jù)采集器中。所述的反投影子模塊在SPE中進(jìn)行，該子模塊通過(guò)DMA控制模塊讀取投影采 集模塊的數(shù)據(jù)，對(duì)于空間中的任何一點(diǎn)x,反投影子模塊采用二分法計(jì)算通過(guò)該 點(diǎn)的PI線，并以該P(yáng)I線的起始和終止點(diǎn)對(duì)應(yīng)的投影角度作為積分的上下限，計(jì) 算該點(diǎn)的反投影￡>#(1,,^。，并傳送給濾波子模塊。所述的濾波子模塊在SPE中進(jìn)行，該子模塊接受來(lái)自反投影子模塊的數(shù)據(jù)， 將反投影^fe,^。與希爾伯特變換核/ (xj巻積，即沿著PI線的方向?yàn)V波， 用數(shù)學(xué)公式可以表示為<formula>formula see original document page 9</formula>公式中所述的Z'和[/'分別表示反投影數(shù)據(jù)緊支集的下界和上界。濾波后的 數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)重排子模塊，此時(shí)即為PPE。所述的數(shù)據(jù)重排子模塊是指，PPE收集各SPE的重建結(jié)果，整合為PI坐標(biāo) 系中完整的重建結(jié)果，并通過(guò)坐標(biāo)變換的方法轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標(biāo)系中。也就是說(shuō)， 給定空間一點(diǎn)，用二分法求得經(jīng)過(guò)該點(diǎn)的PI線，從而得到該點(diǎn)在PI坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。這樣，數(shù)據(jù)重排將PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果/;(x-^^)轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)系中的重建結(jié)果/(x，y,z)。最后數(shù)據(jù)重排子模塊將重建結(jié)果輸出到顯示輸出模 塊。圖2表明了計(jì)算任務(wù)是如何分配到各個(gè)SPE的，虛線框表示數(shù)據(jù)，實(shí)線框表 示成像設(shè)備或運(yùn)算單元。圖像重建模塊的操作在框圖的下方標(biāo)出。顯示輸出模塊是指，在重建完成后，PPE將重建數(shù)據(jù)保存到存儲(chǔ)設(shè)備上，并 根據(jù)用戶的需要將重建結(jié)果顯示在高分辨率的醫(yī)用顯示器上。顯示輸出設(shè)備包括 人機(jī)交互界面，由用戶選擇顯示的灰度窗口和需要顯示的截面。本實(shí)施例采用Cell/PS3系統(tǒng)進(jìn)行重建，由于各SPE之間不存在數(shù)據(jù)交互， 因此并行重建系統(tǒng)的加速比接近1。實(shí)施例中采用6個(gè)SPE，實(shí)施效果如附圖4 所示，橫軸表示SPE的個(gè)數(shù)，縱軸表示每分鐘重建的層數(shù)。如圖4所示，可以看 出，使用單個(gè)SPE情況下每分鐘可以重建10.8層，而6個(gè)SPE情況下每分鐘可 以重建62.2層。因此，并行系統(tǒng)的重建速度為單SPE重建速度的5.9倍以上。 并行系統(tǒng)重建速度為目前經(jīng)濟(jì)型單核CPU的6倍左右，而單個(gè)Cell芯片的價(jià)格 遠(yuǎn)低于6個(gè)全功能CPU，表明本并行重建系統(tǒng)有很好的性價(jià)比。
權(quán)利要求
1、一種基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)，其特征在于，包括四個(gè)模塊投影采集模塊、DMA控制模塊、圖像重建模塊和顯示輸出模塊，其中投影采集模塊采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波、去噪聲預(yù)處理后保存在數(shù)據(jù)采集器的存儲(chǔ)器中，等待與DMA控制模塊交互；DMA控制模塊從投影采集模塊中選擇重建需要的投影數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給圖像重建模塊；圖像重建模塊采用螺旋CT精確重建算法，首先通過(guò)濾波反投影或反投影濾波重建算法得到PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果，再通過(guò)數(shù)據(jù)重排PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果通過(guò)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系中的結(jié)果，最后存儲(chǔ)重建結(jié)果并通過(guò)顯示輸出模塊給出重建圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)，其 特征是，所述的投影釆集模塊包括一個(gè)X射線源， 一個(gè)準(zhǔn)直器， 一個(gè)X射線探測(cè) 器， 一個(gè)數(shù)據(jù)采集器和能夠繞中心軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)架，X射線源及其對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)直器、 探測(cè)器安放在同一個(gè)機(jī)架上，由X射線源發(fā)出的X射線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直器，穿過(guò)被測(cè)物 體后被對(duì)面的X射線探測(cè)器接收，X射線探測(cè)器采集到的投影數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)采 集器中，等待圖像重建時(shí)使用。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)， 其特征是，所述的投影采集模塊包括一個(gè)檢査床，該檢査床沿著機(jī)架的中心軸穿 過(guò)機(jī)架，用于放置被測(cè)對(duì)象，當(dāng)安放有X射線源和準(zhǔn)直器、X射線探測(cè)器的機(jī)架 繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢査床沿著機(jī)架的中心軸做直線運(yùn)動(dòng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)，其 特征是，所述的DMA控制模塊利用Cell平臺(tái)的特性，在多個(gè)通道同時(shí)發(fā)出DMA 命令，讀取投影數(shù)據(jù)，在等待DMA讀取期間，圖像重建模塊中的協(xié)處理單元利用 上一個(gè)DMA周期中各個(gè)通道讀取的投影數(shù)據(jù)依次進(jìn)行重建，當(dāng)重建完成之后，該 周期的DMA讀取也即將結(jié)束，即下一輪重建所需的投影數(shù)據(jù)也正好準(zhǔn)備就緒，此 時(shí)可重復(fù)上述過(guò)程，再次發(fā)出多通道DMA命令并開(kāi)始重建。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)，其 特征是，所述的圖像重建模塊包括四個(gè)子模塊，分別是微分子模塊、反投影子模 塊、希爾伯特濾波子模塊和數(shù)據(jù)重排子模塊，其中所述的微分子模塊在主處理單元中進(jìn)行，該子模塊直接讀取投影采集模塊數(shù) 據(jù)采集器中的投影數(shù)據(jù)，計(jì)算投影數(shù)據(jù)相對(duì)于投影角度的微分，并將微分結(jié)果保 存回投影采集模塊的數(shù)據(jù)采集器；所述的反投影子模塊在協(xié)處理單元中進(jìn)行，該子模塊通過(guò)DMA控制模塊讀取 投影采集模塊中的投影數(shù)據(jù)，利用二分法計(jì)算PI線的兩個(gè)端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的投影角度， 并以此作為反投影積分的上下限，計(jì)算該點(diǎn)的反投影并傳送給希爾伯特濾波子模 塊；所述的希爾伯特濾波子模塊在協(xié)處理單元中進(jìn)行，該子模塊接受來(lái)自反投影 子模塊的數(shù)據(jù)，并與希爾伯特核函數(shù)進(jìn)行巻積，每次巻積之后的結(jié)果為沿一條 PI線的重建結(jié)果；所述的數(shù)據(jù)重排子模塊在主處理單元中進(jìn)行，該子模塊整合各協(xié)處理單元進(jìn) 行希爾伯特濾波之后的結(jié)果，得到完整的PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變 換之后重排到笛卡爾坐標(biāo)系中，數(shù)據(jù)重排子模塊將重建結(jié)果輸出到顯示輸出模 塊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)，其 特征是，所述的PI坐標(biāo)系是指 一個(gè)二維直角坐標(biāo)系， 一根軸為PI線，另一根 軸為PI線的一個(gè)端點(diǎn)的角度參數(shù)，PI線的另一個(gè)端點(diǎn)的角度參數(shù)為固定值。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)， 其特征是，所述的PI線是指 一個(gè)直線段，它的兩個(gè)端點(diǎn)都位于螺旋線上，且 表示這兩個(gè)端點(diǎn)位置的角度參數(shù)之差小于360度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)，其 特征是，所述的顯示輸出模塊讀取笛卡爾坐標(biāo)系中的重建結(jié)果，首先保存到專(zhuān)用 存儲(chǔ)設(shè)備上，然后在醫(yī)用顯示器上顯示斷層圖像，并可根據(jù)用戶要求選擇灰度窗 口和不同角度的截面。
全文摘要
一種圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的基于CELL寬頻引擎的螺旋CT精確重建系統(tǒng)，其中投影采集模塊采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波、去噪聲預(yù)處理后保存在數(shù)據(jù)采集器的存儲(chǔ)器中，等待與DMA控制模塊交互；DMA控制模塊從投影采集模塊中選擇重建需要的投影數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳遞給圖像重建模塊；圖像重建模塊采用螺旋CT精確重建算法，首先通過(guò)濾波反投影或反投影濾波重建算法得到PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果，再通過(guò)數(shù)據(jù)重排PI坐標(biāo)系中的重建結(jié)果通過(guò)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系中的結(jié)果，最后存儲(chǔ)重建結(jié)果并通過(guò)顯示輸出模塊給出重建圖像。本發(fā)明根據(jù)Cell芯片的指令集對(duì)精確重建算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，以提高并行效率和加速比，改善重建系統(tǒng)的性能。
文檔編號(hào)G06T11/00GK101268950SQ20081003554
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者曹立基, 青 賀, 俊 趙, 金燕南, 思 陳, 韓振興 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)