專利名稱：一種用于工業(yè)ct圖像重建的并行加速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CT圖像重建的技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)是涉及一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)斷層攝像技術(shù)CT (Computerized Tomography)是20世紀(jì)醫(yī)學(xué)的重大成果之一，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)無(wú)損檢測(cè)和醫(yī)學(xué)圖像處理中。CT技術(shù)的核心是由投影進(jìn)行圖像重建的理論，目前圖像重建的方法主要有兩種 變換法和迭代法。變換法雖具有計(jì)算量小，重建速度快等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于不完全投影數(shù)據(jù)，不能獲得很好的重建質(zhì)量。迭代算法計(jì)算量巨大，重建時(shí)間成為制約其大范圍實(shí)時(shí)性應(yīng)用的瓶頸。實(shí)現(xiàn)CT圖像重建加速的基本機(jī)制可以分為硬件加速和軟件加速，軟件加速是常規(guī)的用CPU完成CT圖像的重建，主要方法是針對(duì)重建算法做出改進(jìn)及優(yōu)化，近幾年來(lái)采用軟件加速的方法主要有以下3類一種是查找?guī)缀螀?shù)表的方法，該方法針對(duì)三維重建的FDK算法，用幾何參數(shù)表以及預(yù)插值和最近鄰插值的辦法避免大量、重復(fù)的函數(shù)運(yùn)算及線性插值運(yùn)算，與精確重建相比也能保證圖像質(zhì)量。還有一種利用重建算法的對(duì)稱性并結(jié)合遞歸技術(shù)來(lái)降低重建過(guò)程的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)快速重建。利用反投影算法的對(duì)稱性，對(duì)于扇形束CT掃描只計(jì)算部分圖像數(shù)據(jù)并對(duì)稱得到其他圖像數(shù)據(jù)，計(jì)算量?jī)H為原來(lái)的四分之一。利用對(duì)稱性并結(jié)合遞歸技術(shù)的SBP-RT算法實(shí)現(xiàn)了 Feldkamp算法在普通微機(jī)上的快速重建，其重建速度提高約32倍，且不會(huì)帶來(lái)新的重建誤差。最后一種采用單指令多數(shù)據(jù)(Singlelnstruction Multiple Data, SIMD)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)并行處理。主要原理是基于 Intel Pentium 4CPU的PC平臺(tái)，利用SSE/SSE2技術(shù)開(kāi)發(fā)了三維圖像快速重建引擎。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法非常有效，與原始重建算法相比，在保證圖像質(zhì)量不受損失的前提下取得了 20倍以上的重建加速比。軟件加速的方法只是通過(guò)算法的改進(jìn)來(lái)達(dá)到加速目的，一定條件下會(huì)受到硬件的制約，加速效果有限，因此硬件加速方法成為當(dāng)前的重要研究對(duì)象，是我們急需解決的一個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置，其包括處理裝置和存儲(chǔ)裝置所述處理裝置包括控制裝置和運(yùn)算裝置，所述控制裝置確定整個(gè)成像處理過(guò)程中的數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)流向，所述運(yùn)算裝置根據(jù)控制裝置所確定的數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)流向，對(duì)需要進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理和更新處理；
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所述存儲(chǔ)裝置包括內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，所述內(nèi)部存儲(chǔ)器采用雙組奇偶雙口 RAM結(jié)構(gòu)，并采用了并行加速技術(shù)，內(nèi)部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)運(yùn)算過(guò)程中的中間數(shù)據(jù)，所述外部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)CT圖像。優(yōu)選的，所述運(yùn)算裝置包括運(yùn)算器模塊、預(yù)運(yùn)算模塊和更新模塊所述運(yùn)算器模塊用于對(duì)相應(yīng)CT圖像的測(cè)量投影值和估算投影值以及系數(shù)平方和做減法和除法運(yùn)算；所述預(yù)運(yùn)算模塊用于對(duì)運(yùn)算器模塊中得到的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理；所述更新模塊用于對(duì)預(yù)運(yùn)算模塊中得到的結(jié)果和從外部存儲(chǔ)器取出的CT圖像的像素值進(jìn)行處理，得到更新后的像素值。優(yōu)選的，所述控制裝置將相應(yīng)CT圖像的測(cè)量投影值從外部存儲(chǔ)器中取出，同時(shí)將相應(yīng)CT圖像的估算投影值以及系數(shù)平方和從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出來(lái)，送到運(yùn)算器模塊中做減法和除法運(yùn)算，再把運(yùn)算的結(jié)果存到內(nèi)部存儲(chǔ)器中，直到把每一個(gè)探測(cè)器的測(cè)量投影值和估算投影值運(yùn)算完畢并將運(yùn)算結(jié)果存到內(nèi)部存儲(chǔ)器，然后控制將運(yùn)算結(jié)果從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出，運(yùn)算結(jié)果先經(jīng)預(yù)運(yùn)算模塊處理，再和外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的CT圖像的像素值一起送到更新模塊中進(jìn)行更新，再控制將更新的結(jié)果存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中的相應(yīng)位置，從而得到重建的CT圖像。優(yōu)選的，所述外部存儲(chǔ)器采用閃存。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，內(nèi)部存儲(chǔ)器采用了雙組奇偶雙口 RAM結(jié)構(gòu)，并采用了并行加速技術(shù)，對(duì)CT圖像的重建過(guò)程進(jìn)行加速，本發(fā)明具有運(yùn)行速度快、裝置性能高的優(yōu)點(diǎn)，可以大大的縮短CT圖像重建的時(shí)間。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中雙組奇偶雙口 RAM結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明中尋址計(jì)算時(shí)的雙線性插值數(shù)據(jù)關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明中外存儲(chǔ)器的引腳圖。圖中1、處理裝置，2、運(yùn)算裝置，101、控制裝置，102、運(yùn)算裝置，103、運(yùn)算器模塊， 104、預(yù)運(yùn)算模塊，105、更新模塊，201、內(nèi)部存儲(chǔ)器，202、外部存儲(chǔ)器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明特征及其它相關(guān)特征作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置，其包括處理裝置1和存儲(chǔ)裝置2，所述處理裝置1包括控制裝置101和運(yùn)算裝置102，控制裝置101確定整個(gè)成像處理過(guò)程中的數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)流向，運(yùn)算裝置102根據(jù)控制裝置101所確定的數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)流向，對(duì)需要進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理和更新處理，存儲(chǔ)裝置2包括內(nèi)部存儲(chǔ)器201和外部存儲(chǔ)器 202，所述內(nèi)部存儲(chǔ)器201用于存儲(chǔ)運(yùn)算過(guò)程中的中間數(shù)據(jù)，所述外部存儲(chǔ)器202用于存儲(chǔ) CT圖像。運(yùn)算裝置102包括運(yùn)算器模塊103、預(yù)運(yùn)算模塊104和更新模塊105，控制裝置101 將相應(yīng)CT圖像的測(cè)量投影值從外部存儲(chǔ)器202中取出，同時(shí)將相應(yīng)CT圖像的估算投影值以及系數(shù)平方和從內(nèi)部存儲(chǔ)器201中取出來(lái)，送到運(yùn)算器模塊103中做減法和除法運(yùn)算，再把運(yùn)算的結(jié)果存到內(nèi)部存儲(chǔ)器201中，直到把每一個(gè)探測(cè)器的測(cè)量投影值和估算投影值運(yùn)算完畢并將運(yùn)算結(jié)果存到內(nèi)部存儲(chǔ)器201，然后控制將運(yùn)算結(jié)果從內(nèi)部存儲(chǔ)器201中取出， 運(yùn)算結(jié)果先經(jīng)預(yù)運(yùn)算模塊104處理，再和外部存儲(chǔ)器202存儲(chǔ)的CT圖像的像素值一起送到更新模塊105中進(jìn)行更新，再控制將更新的結(jié)果存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器202中的相應(yīng)位置，從而得到重建的CT圖像。本發(fā)明中的內(nèi)部存儲(chǔ)器201采用雙組奇偶雙口 RAM結(jié)構(gòu)，如圖2所示，圖中兩組共 4個(gè)存儲(chǔ)空間均為雙口 RAM，當(dāng)?shù)谝唤MRAM處于數(shù)據(jù)寫入過(guò)程時(shí)，分別向該組兩塊RAM寫入奇數(shù)行數(shù)據(jù)與偶數(shù)行數(shù)據(jù)，另一組MM中的數(shù)據(jù)進(jìn)行雙線性插值，當(dāng)計(jì)算完成后，兩組RAM 可以進(jìn)行讀寫狀態(tài)的互換，從而完成一次乒乓循環(huán)。圖3所示，同一組RAM中的RAMI和RAM2分行存儲(chǔ)奇數(shù)行數(shù)據(jù)和偶數(shù)行數(shù)據(jù)，在重建過(guò)程當(dāng)中進(jìn)行尋址計(jì)算時(shí)，點(diǎn)F進(jìn)行雙線性插值所需的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D分別處于RAM2和 RAMI中，首先計(jì)算出A點(diǎn)的縱坐標(biāo)y，即A所處的行位置，對(duì)其奇偶性進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果到相應(yīng)的RAM中讀取數(shù)據(jù)即可，由于兩個(gè)RAM里各有兩個(gè)所需數(shù)據(jù)，一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)即同時(shí)讀出，通過(guò)這種雙組奇偶雙口 RAM緩存結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在不增加片內(nèi)存儲(chǔ)資源消耗的前提下消除了空泡，實(shí)現(xiàn)了無(wú)等待流水線，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)就可更新一個(gè)重建點(diǎn)的結(jié)果，極大的加快了速度，未來(lái)隨著存儲(chǔ)器技術(shù)的發(fā)展，CT重建還可以取得更好的加速效果。本發(fā)明中的外部存儲(chǔ)器202采用閃存，如圖4所示，本實(shí)施例中采用的是8M的閃存芯片，該芯片有22跟地址線，負(fù)責(zé)8M的存儲(chǔ)空間尋址。有16根數(shù)據(jù)輸出線，根據(jù)不同的設(shè)置存貯器工作在不同的工作模式，可以以16位數(shù)據(jù)線輸入輸出，也可以8位數(shù)據(jù)輸入輸出，即在控制端信號(hào)FLASH_BYTE_n*高電平時(shí)輸出16位的字，為低電平時(shí)輸出8位，為字節(jié)形式。CE為芯片使能端，低電平有效，OE為輸出使能。主要由WE，OE兩個(gè)信號(hào)控制數(shù)據(jù)的讀入讀出。以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干相似的變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置，其特征在于，其包括處理裝置和存儲(chǔ)裝置所述處理裝置包括控制裝置和運(yùn)算裝置，所述控制裝置確定整個(gè)成像處理過(guò)程中的數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)流向，所述運(yùn)算裝置根據(jù)控制裝置所確定的數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)流向，對(duì)需要進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理和更新處理；所述存儲(chǔ)裝置包括內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，所述內(nèi)部存儲(chǔ)器采用雙組奇偶雙口 RAM 結(jié)構(gòu)，并采用了并行加速技術(shù)，內(nèi)部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)運(yùn)算過(guò)程中的中間數(shù)據(jù)，所述外部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)CT圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置，其特征在于，所述運(yùn)算裝置包括運(yùn)算器模塊、預(yù)運(yùn)算模塊和更新模塊所述運(yùn)算器模塊用于對(duì)相應(yīng)CT圖像的測(cè)量投影值和估算投影值以及系數(shù)平方和做減法和除法運(yùn)算；所述預(yù)運(yùn)算模塊用于對(duì)運(yùn)算器模塊中得到的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理；所述更新模塊用于對(duì)預(yù)運(yùn)算模塊中得到的結(jié)果和從外部存儲(chǔ)器取出的CT圖像的像素值進(jìn)行處理，得到更新后的像素值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置，其特征在于，所述控制裝置將相應(yīng)CT圖像的測(cè)量投影值從外部存儲(chǔ)器中取出，同時(shí)將相應(yīng)CT圖像的估算投影值以及系數(shù)平方和從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出來(lái)，送到運(yùn)算器模塊中做減法和除法運(yùn)算，再把運(yùn)算的結(jié)果存到內(nèi)部存儲(chǔ)器中，直到把每一個(gè)探測(cè)器的測(cè)量投影值和估算投影值運(yùn)算完畢并將運(yùn)算結(jié)果存到內(nèi)部存儲(chǔ)器，然后控制將運(yùn)算結(jié)果從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出，運(yùn)算結(jié)果先經(jīng)預(yù)運(yùn)算模塊處理，再和外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的CT圖像的像素值一起送到更新模塊中進(jìn)行更新，再控制將更新的結(jié)果存儲(chǔ)到外部存儲(chǔ)器中的相應(yīng)位置，從而得到重建的CT圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置，其特征在于，所述外部存儲(chǔ)器采用閃存。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于工業(yè)CT圖像重建的并行加速裝置，其包括處理裝置和存儲(chǔ)裝置，處理裝置包括控制裝置和運(yùn)算裝置，控制裝置確定整個(gè)成像處理過(guò)程中的數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)流向，運(yùn)算裝置根據(jù)控制裝置所確定的數(shù)據(jù)選擇和數(shù)據(jù)流向，對(duì)需要進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理和更新處理，存儲(chǔ)裝置包括內(nèi)部存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，內(nèi)部存儲(chǔ)器采用雙組奇偶雙口RAM結(jié)構(gòu)，并采用了并行加速技術(shù)，內(nèi)部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)運(yùn)算過(guò)程中的中間數(shù)據(jù)，外部存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)CT圖像，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，內(nèi)部存儲(chǔ)器采用了雙組奇偶雙口RAM結(jié)構(gòu)，并采用了并行加速技術(shù)，對(duì)CT圖像的重建過(guò)程進(jìn)行加速，本發(fā)明具有運(yùn)行速度快、裝置性能高的優(yōu)點(diǎn)，可以大大的縮短CT圖像重建的時(shí)間。
文檔編號(hào)G06T1/60GK102354392SQ201110151618
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者廉仁淳, 張立佳, 曹喜信, 艾竹軒, 金英花, 陳在翔, 馬凱聲, 馬占剛 申請(qǐng)人:無(wú)錫引速得信息科技有限公司