[发明专利]基于GPU加速的螺旋CT图像重构中孔径加权的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及医学图像处理技术，尤其涉及一种基于GPU加速的螺旋CT图像重构中孔径加权的计算方法。

背景技术

多层螺旋CT的图像重构速度一直是CT技术研究的一个热点，现有加速方法中比较常见的技术可以分为三种类型：

第一种类型为利用CPU集群进行加速计算，如专利号为CN02805089.4的中国专利中公开了一种使用一个或多个微处理器CPU的快速并行锥形线束重建系统和方法。但是该方法只是针对锥形线束重建，并没有提及多层螺旋CT相关的重建方案，并且CPU价格昂贵，要达到比较好的加速效果成本相对过高。

第二种类型为利用FPGA这类特殊计算硬件设备进行加速，如：文章《High Speed CT Image Reconstruction using FPGA》（International Journal of Computer Applications (0975 – 8887) Volume 22– No.4, May 2011）中公开的方法。然而该方法也只是提到基本的CT重构，并没有涉及多层螺旋CT相关技术，并且FPGA这种特殊计算硬件在算法设计好之后移植性不强，对硬件的依赖严重。

第三种类型为利用图形处理器（GPU）进行加速。这种方式的成本相对于CPU集群来说降低了很多，并且现有GPU的浮点处理能力远高于CPU，而其需要的仅仅是一块显卡，移植性和兼容性比FPGA这种特殊计算硬件设备都好，因此利用GPU进行CT重构算法的加速能够在低成本的条件下达到更快的重构速度。针对这个方面的专利也比较多，如专利号为CN200810114478.1的中国专利公开了一种CT并行重建系统及成像方法，利用GPU集群进行CT重构；专利号为CN200810113846.0的中国专利公开了一种CT图像重建的GPU加速方法，但是这两种方法并不适用于多层螺旋CT图像重构，也没有包含对孔径加权函数的计算问题。另外，虽然专利号为CN200910248774.5的中国专利公开了一种利用图形处理器，实现三维反投影的方法，该方法适用于多层螺旋CT图像重构，但是也未提及孔径加权值的计算，及其归一化的计算问题。

在多层螺旋CT图像重构中，孔径加权数值的计算对重构算法的效率和重构图像的质量都有着非常重要的影响。在螺旋CT扫描过程中，病人一直沿着平行于探测器方向移动，对于探测器边缘的几个检测单元而言会存在探测信号从无到有的一个突变过程，进而影响探测到数据的一致性。因此需要加入一个孔径加权函数来平滑这个从无到有的一个过程，从而减少弓形伪影，在文章《Weighted FBP—a simple approximate 3D FBP algorithm for multi-slice spiral CT with good dose usage for arbitrary pitch》（Phys. Med. Biol. 49 (2004) 2209–2218）中对孔径加权函数计算的重要性有详尽的描述。但是该文章只是对这个加权函数进行基础的理论分析，并没有涉及如何具体实现，更加没有提及怎样利用GPU进行加速。

因此，确有必要提供一种在图形处理器（GPU）加速的多层螺旋CT图像重构中孔径加权的计算方法，能够解决边缘检测器单元探测数据的不平滑性，并且不需要条件语句就能准确计算多层螺旋CT图像重构中孔径加权及归一化值，提高重构图像的质量和重构算法的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GPU加速的螺旋CT图像重构中孔径加权的计算方法，能够有效解决边缘检测器单元探测数据的不平滑性，并且不需要条件语句就能准确计算多层螺旋CT图像重构中孔径加权及归一化值，从而提高重构图像的质量和重构算法的效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于GPU加速的螺旋CT图像重构中孔径加权的计算方法，包括如下步骤：a.确定每一体素的所有对称射线的孔径加权值                                                ；b.对每个体素所有对称射线的孔径加权值进行相加，得到该体素的孔径加权值；c.对所有体素的孔径加权值进行归一化计算，得到每个体素归一化后的孔径加权值。

进一步地，所述孔径加权值按如下公式计算；

       （1）

其中，Q为控制曲线平滑度的参数，q为探测器在Z方向的坐标，为当前投影角度，N为探测器的排数，为重构后的体素在X、Y、Z方向的坐标。

进一步地，所述探测器在Z方向的坐标q按公式（2）计算得到：