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1、第6期电子学报Vol.37No.62009年6月ACTAELECTRONICASINICAJun.2009一种新的基于GPU实现的锥束CT正投影算法1231赵星,胡晶晶,潘晓川,张朋(1.首都师范大学数学学院,北京100037;2.北京理工大学软件学院,北京100081;3.芝加哥大学放射学系,美国芝加哥60637)摘要:锥束CT成像算法的正投影计算量大,消耗时间长.为此,本文提出了一种基于GPU实现的正投影加速算法.该算法在GPU的可编程管线中,通过纹理映射方法实现了圆轨迹锥束扫描模式下正投影计算.由于投影逐片并行计算,因此该算法具有
2、较高的计算速率,且支持全浮点运算精度.在该正投影算法的基础上,本文还给出了三种算法优化方法.这些优化方法进一步提高了算法的执行效率.通过对Shepp2logan模型的正投影计算以及应用于迭代法进行三维图像重建等实验验证了本文算法的优点.关键词:计算机断层成像;图形处理器;图像重建;正投影中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:037222112(2009)0621165205ANovelGPUBasedConeBeamCTForwardProjectionMethod1231ZHAOXing,HUJing2jing,PANXiao
3、2chuan,ZHANGPeng(1.SchoolofMathematicalSciences,CapitalNormalUniversity,Beijing100037,China;2.SchoolofSoftware,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China;3.DepartmentofRadiology,theUniversityofChicago,Chicago,IL60637,USA)Abstract:Theforwardprojectionofcone2beamCTim
4、agereconstructionalgorithmsrequiresbothexcessivecomputationandtimeconsuming.AnovelCTforwardprojectionmethodbasedongraphicsprocessingunitisproposedforacceleratingtheforwardprojectioncalculation.Themethodachievestheforwardprojectioncalculationincircularcone2beamscanningmod
5、ebyusingtexturemappingtechniquesinGPUprogrammablepipeline.Becauseprojectionsarecalculatedslicebysliceinparallel,thismethodhastheadvantagesofhighercomputationalefficiencyandcalculationatfullfloatingpointprecision.Threeoptimizationmethodsarealsopresentedforfurtherimproving
6、theexecutionefficiencyofthemethod.Theadvantagesofthismethodareverifiedbytheexperi2mentsoftheprojectioncalculationofShepp2loganphantomand3Dimagereconstructionwithiterativeimagereconstructionalgo2rithm.Keywords:computerizedtomography;graphicsprocessingunit;imagereconstruct
7、ion;forwardprojection计算机图形学的投影过程本质上是一致的,因此GPU1引言非常适合用于CT图像加速重建.基于GPU加速的CT如何提高图像重建速度是当前锥束CT研制中亟重建算法已成为目前CT领域的一个研究热点[4～6].待解决的问题.研究人员一方面通过改进原CT重建算CT图像重建算法从数学上可分为解析算法和迭代法的执行效率来提高图像重建速度;另一方面着力研究算法两类.无论解析算法还是迭代算法,其中的投影运[1][2]硬件加速的图像重建算法.如Cabral等和Mueller等算(解析算法仅包含反投影,迭代算法同时包含正
8、投影先后分别利用SGI图形工作站的纹理映射硬件实现了和反投影)都是最耗时的运算部分,所耗时间远超过其[3]CT重建算法的加速.Li等基于PC机集群实现了锥束他计算步骤.因此提高CT重建算法的运算效率,关键C
