[发明专利]基于图形处理器的乳腺CT图像重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像数据处理方法，具体地说，涉及一种基于图形处理器的乳腺CT图像重建方法。

背景技术

乳腺疾病是妇女的常见疾病，特别是乳腺癌在女性恶性肿瘤中的发病率占第一位，对女性的健康具有极大的威胁。

传统的CT医疗设备在进行乳腺检查时，大都采用让患者躺于扫描床进行全身或者局部检查的方式，扫描角度往往是大于180度甚至达到360度，成像方式为完全数据重建成像，这种方式不仅需要花费较多的时间进行图像重建，而且使患者受到更多的辐射剂量，不利于患者的身体健康。

当扫描角度小于120度时，成像方式为有限角度重建成像。特别的考虑到辐射剂量与图像对比度的因素，乳腺成像一般采用有限角度重建成像，以减少患者受到的辐射剂量，但有限角度重建成像算法（如著名的GP (Gerchberg-Papoulis) 算法）在Fourier 空间和图像空间之间迭代，需要较多的迭代次数才能得到较好的收敛性，同时也花费较多时间进行迭代计算，存在收敛速度欠佳、图像重建速度慢等问题，降低了检查效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于图形处理器的乳腺CT图像重建方法，这种乳腺CT图像重建方法可方便有效地利用图形处理器，快速准确地实现在有限角度下的乳腺CT图像重建。采用的技术方案如下：

一种基于图形处理器的乳腺CT图像重建方法，其特征在于依次包括下述步骤：

（1）数据接收与传输：将由乳腺CT设备的扫描检测装置检测到的模拟信号经模/数转换器（A/D）转换而成的数字信号经过系统总线传输到系统内存，然后根据数字信号的数据量大小申请显存，并把系统内存中的数字信号传输到图形处理器（简称GPU）的显存中；

上述数字信号是在有限角度重建成像方式下获得的信号。

通常，对系统内存中的数字信号依次进行数据预测（即利用级比生成的方法预测出其相邻部分的投影数据信息）、FIR低通滤波等处理后，再根据数字信号的数据量大小申请显存，并把数据通过PCIEx16接口传输到图形处理器的显存中。

本发明优先采用NVidia公司推出的CUDA（Compute Unified Device Architecture）架构编写程序，首先对图形处理器进行初始化，检测当前图形处理器和图形处理器驱动是否符合CUDA运行的需求。并且，在系统内存与显存之间进行数据传输之前，通过下述步骤建立CUDA环境：（a）下载并安装CUDA TooKit 和 CUDA SDK；（b）在新建项目中包含必要的CUDA 头文件、库文件与链接库；（c）加载CUDA的nvcc编译器，nvcc 编译器会把 CUDA 的图形处理器程序的部分转换成 PTX code，最后变成在图形处理器可以执行的程序；（d）生成后缀名为.cu 的文件，这样，在编译的时候，就会把后缀名为 .cu 的文件丢给 CUDA 的 nvcc编译器进行编译，其它文件则仍然由VC编译器进行编译。

（2）按并行的有限角度重建成像算法，在图形处理器中并行进行数据运算；

有限角度重建成像算法的基本思路是迭代，有限角度成像的数据在Fourier 空间为有限频带，因此可以用GP算法来恢复缺失的数据。

定义算子B和C，有限角度重建成像算法中GP迭代的过程为：

B? = T_F? , C? = FT_I F^?1?  ①

?⁰ = ?_k                                     ②

?ⁱ⁺¹ = C?_k + (I-CB) ?ⁱ     ③

其中Fourier空间的已知数据定义为?_k，全部数据表示为?，F 表示Fourier变换，F^?1表示Fourier逆变换，T_I和T_F是图像空间和频率空间的二值函数矩阵，I 是单位矩阵。

GP 迭代最终以(1-λ_i)ⁿ 的速度收敛到? ，其中，{λ_i} 是CB的特征值，并且0<λ_i < 1。