陈垦,王澄,梁晓坤,熊璟,谢耀钦.基于 GPU 加速技术的 C 形臂 Cone Beam CT 三维 图像快速重建方法[J].集成技术,2017,6(6):47-58
基于 GPU 加速技术的 C 形臂 Cone Beam CT 三维 图像快速重建方法
GPU Based Accelerated Method for Fast C-arm Cone Beam CT 3D ImageReconstruction
投稿时间: 2017-08-01  最后修改时间: 2017-09-15
DOI:
中文关键词:  影像引导治疗;快速重建;锥形束计算机断层扫描技术;GPU
英文关键词:image guided therapy; fast reconstruction; CBCT; GPU
基金项目:国家重点研发计划(2016YFC0105102);国家自然科学基金(61403368);广东省产学研联合研发项目(2015B090901039); 广东省自 然科学基金(2014A030312006);深圳市技术攻关(JSGG20160229203812944);深圳高级海外人才项目(KQJSCX20160301144248);深圳基础研 究项目(JCYJ 20170413162458312)
作者单位
陈垦 中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055 中国科学院大学深圳先进技术学院 深圳 518055 
王澄 中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055 
梁晓坤 中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055 
熊璟 中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055 
谢耀钦 中国科学院深圳先进技术研究院 深圳 518055 
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中文摘要:
      平板探测器技术的发展使得锥形束计算机断层扫描技术(Cone Beam Computerized Tomography,CBCT)成为一种重要的成像技术,有着十分广泛的应用。基于 C 形臂的 CBCT,除了 具有 CBCT 的技术优势外,还特别适合在影像引导介入手术中应用。然而,如何在满足手术中实时 性要求的同时获得高分辨率高质量的三维断层图像,仍是个十分具有挑战性的课题。文章提出一种基 于 GPU 加速技术的 C 形臂 CBCT 三维图像快速重建方法:在算法层面应用 GPU 并行加速技术对重 建算法进行优化,在系统层面通过设计分布式系统和延迟隐藏机制,大大提升了由二维投影图像重建 三维体数据的效率。在保持重建精度的前提下,优化后的 GPU 加速的 FDK 算法极大地提升了重建过 程的计算效率。延迟隐藏机制进一步提升了系统的运行效率。在使用 90 帧投影时,系统效率提升了 26%,重建延迟加速了 2.1 倍;当使用 120 帧投影时,系统效率提升 39%,重建延迟加速达到 3.3 倍。
英文摘要:
      With the development of flat panel detector technology, cone-beam computerized tomography (CBCT) has become an important image technique, and been widely applied in clinical practices. Specially, C-arm mounted CBCT has shown extra suitability in image guided interventional surgeries. However, how to acquire real-time, high resolution, and high quality 3D images remains challenging. In this paper, a GPU based acceleration method for fast C-arm CBCT 3D image reconstruction was proposed. With the acceleration both in algorithm and system design, it is shown that the system performance is enhanced with the proposed system design by 26% and reconstruction delay is accelerated by 2.1 times when 90 frames of projections were used, and the performance increases to 39% and 3.3 times with 120 frames.
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