[发明专利]基于异构平台的CT图像三维重建加速方法及其装置

权利要求书

1.一种基于异构平台的CT图像三维重建加速方法，其特征在于，异构平台包含主机及异构OpenCL计算设备，该加速方法包含如下内容：对FDK重建算法进行算粒分解，分析各个算粒的并行计算流程；通过异构平台中的主机及异构OpenCL计算设备对各个算粒进行加速优化处理。

2.根据权利要求1所述的基于异构平台的CT图像三维重建加速方法，其特征在于，所述的主机为运行主程序的CPU，OpenCL计算设备包含运行内核程序的异构容器GPU和FPGA，CPU、GPU及FPGA之间通过PCI-E总线相通信，主程序通过定义上下文来管理内核程序的运行。

3.根据权利要求2所述的基于异构平台的CT图像三维重建加速方法，其特征在于，对FDK重建算法进行算粒分解，包含：根据FDK算法内容，分解为：用于对投影数据进行加权的投影加权算粒，用于对加权后的投影数据进行滤波的滤波算粒，用于将滤波后的投影数据反投影到重建物体上的反投影算粒，及用于对反投影结果进行归约处理的归约算粒。

4.根据权利要求3所述的基于异构平台的CT图像三维重建加速方法，其特征在于，根据FDK重建算法公式：

通过对公式中积分的拆分及离散化，分为：

投影加权算粒，表示为：其中，p'(θ,u,v)表示旋转分度为θ时对投影数据进行加权后的数据，为加权系数；

滤波算粒，表示为：其中，d_f(θ,u,v)为滤波后的数据，h(u)为滤波算子的单位冲激响应，[-u_m,u_m]表示探测器每一行采集的2m个数据；

反投影算粒，表示为：其中，f(x,y,z,θ)表示重建物体在旋转分度为θ时投影点对f(x,y,z)的贡献值；

归约算粒，表示为：其中，φ_max为重建物体旋转一周时离散采得的投影分度数。

5.根据权利要求3所述的基于异构平台的CT图像三维重建加速方法，其特征在于，对各个算粒进行加速优化处理，包含：采用FPGA对投影加权算粒进行并行处理，通过异步传输至GPU，在传输过程中同时对滤波算粒进行处理；结合反投影时各体素点的数据并行操作，在GPU内按体素点对反投影算粒进行多线程并行反投影计算。

6.根据权利要求5所述的基于异构平台的CT图像三维重建加速方法，其特征在于，根据FDK重建算法中重建区域在旋转轴方向上行的各层投影数据和探测器投影数据纵轴方向上的各行数据的投影对应关系，采用分块重建策略，沿旋转轴方向将待重建区域分成若干块，重建其中一块时从外部存储器取出对应的投影数据进行重建操作。

7.根据权利要求5所述的基于异构平台的CT图像三维重建加速方法，其特征在于，采用FPGA对投影加权算粒进行并行处理，包含：将全局存储器分割为2块bank，通过负载分配实现随机存取存储器的访问均衡；通过常数存储器存储需要多次重复计算的中间变量。

8.根据权利要求5所述的基于异构平台的CT图像三维重建加速方法，其特征在于，在GPU内按体素点对反投影算粒进行多线程并行反投影计算，包含：采用基于体素驱动方式，按重建体数据输出对GPU进行任务划分；将计算中与体素无关的变量进行分离和合并，并在反投影前计算出来存储于GPU的常数存储器中，反投影计算时，直接读取常数存储器中的变量参与计算；优化内核程序中一次反投影的张数。