Forward-Projection Architecture for Fast Iterative Image Reconstruction in X-ray CT.
Forward-Projection Architecture for Fast Iterative Image Reconstruction in X-ray CT.
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DOI：
10.1109/tsp.2012.2208636
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发表时间：
2012-10
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Zhang Z
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Kim JK;Fessler JA;Zhang Z
迭代图像重建可以显著提高X射线计算机断层扫描（CT）中的图像质量，但计算涉及3D正投影和反投影的迭代步骤，这阻碍了常规临床使用。为了加速前向投影，我们分析了CT的几何形状，以确定内在的并行性和数据访问序列的高度并行的硬件架构。为了提高这种架构的效率，我们提出了一个注水缓冲区，以消除流水线失速，和一个无序的扇区处理，以减少片外存储器访问高达三个数量级。我们做了一个浮点到定点的转换的基础上的数值模拟，并表现出可比的图像质量在一个低得多的实现成本。作为概念验证，在Xilinx Virtex-5 FPGA上原型化了5级完全流水线化的55路并行可分离足迹前向投影仪，在200 MHz时钟频率下的吞吐量为9.258亿体素投影/s，比在8核2.8 GHz CPU上运行的优化的16线程程序高4.6倍。类似的架构可以应用于完整的迭代图像重建系统的反投影。所提出的算法和架构也可以应用于硬件平台，如图形处理器和数字信号处理器，以实现显着的加速。
Iterative image reconstruction can dramatically improve the image quality in X-ray computed tomography (CT), but the computation involves iterative steps of 3D forward- and back-projection, which impedes routine clinical use. To accelerate forward-projection, we analyze the CT geometry to identify the intrinsic parallelism and data access sequence for a highly parallel hardware architecture. To improve the efficiency of this architecture, we propose a water-filling buffer to remove pipeline stalls, and an out-of-order sectored processing to reduce the off-chip memory access by up to three orders of magnitude. We make a floating-point to fixed-point conversion based on numerical simulations and demonstrate comparable image quality at a much lower implementation cost. As a proof of concept, a 5-stage fully pipelined, 55-way parallel separable-footprint forward-projector is prototyped on a Xilinx Virtex-5 FPGA for a throughput of 925.8 million voxel projections/s at 200 MHz clock frequency, 4.6 times higher than an optimized 16-threaded program running on an 8-core 2.8-GHz CPU. A similar architecture can be applied to back-projection for a complete iterative image reconstruction system. The proposed algorithm and architecture can also be applied to hardware platforms such as graphics processing unit and digital signal processor to achieve significant accelerations.
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影响因子：
3.8
作者：
Siewerdsen, JH;Jaffray, DA
通讯作者：
Jaffray, DA
影响因子：
3.5
作者：
Xu, Fang;Mueller, Klaus
通讯作者：
Mueller, Klaus
DOI：
10.1016/s0360-3016(02)02884-5
发表时间：
2002-08-01
影响因子：
7
作者：
Jaffray, DA;Siewerdsen, JH;Martinez, AA
通讯作者：
Martinez, AA
影响因子：
1.8
作者：
Xu, F;Mueller, K
通讯作者：
Mueller, K
DOI：
10.1364/josaa.1.000612
发表时间：
1984-01-01
影响因子：
1.9
作者：
FELDKAMP, LA;DAVIS, LC;KRESS, JW
通讯作者：
KRESS, JW