基于可分离足迹函数技术的投影方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术实施提供了基于可分离足迹函数技术的投影方法、装置及系统，获取三维图像中每个坐标位置的三维体素的像素值；在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维体素投影到探测器的水平方向上的模糊足迹函数；根据所述像素值在所述探测器的轴方向上并行计算所述探测器的轴方向上的投影值；在所述探测器的平面上并行计算所述水平方向上的模糊足迹函数与所述轴方向上的投影值的乘积获得所述探测器的平面每个探测器单元的投影值。采用并行计算水平方向上的模糊足迹函数，并行计算轴方向上的投影值以及并行计算每个探测器单元的投影值，缩短前向和反向投影所需的时间，提高投影方法的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及成像
，特别是涉及一种基于可分离足迹函数技术的投影方法、装置及系统。
技术介绍
正向投影(Forward Projection)和反向投影(Back Projection)是成像领域常用的投影方法。正向投影是利用系统模型矩阵与被成像系统扫描的人体或物体的乘积生成正向投影值，反向投影是正向投影的共轭运算。以X-CT(X射线电子计算机断层扫描成像技术)为例，利用精确准直的X线束对人体器官作断面扫描，采用灵敏度极高的探测器接收扫描的三维图像在探测器单元的正向投影值。根据探测器的每个探测器单元所采集的测量值，利用反向投影获得三维图像中每个坐标位置的反向投影值。但是，由于X-CT成像的空间分辨率很高，系统模型矩阵的维度可达109*109左右，导致利用现有的正向投影和反向投影技术获得三维图像所需的时间很长，投影方法效率低。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种基于可分离足迹函数技术的投影方法、装置及系统，从而能够缩短正向投影或反向投影所需的时间。为此，本专利技术解决技术问题的技术方案是：一种基于可分离足迹函数技术的投影方法，所述方法包括：获取三维图像中每个坐标位置的三维体素的像素值；在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维体素投影到探测器的水平方向上的模糊足迹函数，所述水平方向是所述三维图像的横截面在所述探测器的投影方向；根据所述像素值在所述探测器的轴方向上并行计算所述探测器的轴方向上的投影值，所述轴方向上的投影值是所述探测器的轴方向的模糊足迹函数与所述像素值的乘积在所述三维图像的轴方向的和；在所述探测器的平面上并行计算所述水平方向上的模糊足迹函数与所述轴方向上的投影值的乘积获得所述探测器的平面每个探测器单元的投影值。可选的，计算每个探测器单元的投影值包括：获取所述三维图像中每个坐标位置的三维体素在探测器的水平方向上的投影范围；查找对探测器单元所有有贡献的投影范围，所述有贡献的投影范围包括所述探测器单元的水平坐标值；获取所有有贡献的投影范围所对应的三维体素作为有贡献的三维体素；利用所述有贡献的三维体素的水平方向上的模糊足迹函数和轴方向上的投影值的乘积获得所述探测器单元的投影值。可选的，所述方法还包括：获取探测器平面上每个探测器单元的测量值；根据所述水平方向上的模糊足迹函数，所述轴方向上的模糊足迹函数以及所述探测器平面上每个探测器单元的测量值在所述三维图像的每个坐标位置上并行计算所述三维图像中每个坐标位置的反向投影值。可选的，所述根据探测器平面的测量值在所述三维图像的每个坐标位置上并行计算所述三维图像中每个坐标位置的反向投影值包括：根据所述水平方向上的模糊足迹函数以及所述探测器平面上每个探测器单元的测量值在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维图像的三维体素的投影值，所述三维图像的三维体素的投影值是水平方向上的模糊足迹函数与所述探测器平面的测量值的乘积在所述三维图像的横截面的三维体素上的和；根据所述轴方向上的模糊足迹函数以及所述横截面上三维体素的投影值在所述三维图像的每个坐标位置并行计算所述三维图像中每个坐标位置的投影值，所述投影值为所述横截面上三维体素的投影值与所述轴方向上的模糊足迹函数的乘积在所述三维图像的坐标位置的和。可选的，所述水平方向上的模糊足迹函数是梯形函数或矩形函数。可选的，所述轴方向上的模糊足迹函数是梯形函数或矩形函数。一种多GPU实现的投影方法，所述方法包括：GPU获取系统中GPU的个数，根据所述GPU的个数将投影角度平均划分成多个投影角度范围，所述投影角度范围的个数与GPU个数相同；GPU获取所述GPU的设备编号，根据所述设备编号获取属于所述GPU的投影角度范围；GPU获取三维图像中每个坐标位置的像素值；GPU根据所述像素值按照上述基于可分离足迹函数技术的正向投影方法并行计算所述投影角度范围下探测器的平面探测器单元的投影值。可选的，所述方法还包括：GPU根据所述GPU的个数将所述三维图像的横坐标或纵坐标平均划分成多个坐标范围，所述坐标范围的个数与GPU的个数相同；GPU获取所述GPU的设备编号，根据所述设备编号获取属于所述GPU的坐标范围；GPU获取探测器的平面中每个探测器单元的测量值；GPU根据属于所述坐标范围的所有测量值按照上述基于可分离足迹函数技术的反向投影方法并行计算所述坐标范围下所述三维图像中三维体素的反向投影值。一种基于可分离足迹函数技术的投影装置，所述装置包括：第一获取模块，用于获取三维图像中每个坐标位置的三维体素的像素值；第一计算模块，用于在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维体素投影到探测器的水平方向上的模糊足迹函数，所述水平方向是所述三维图像的横截面在所述探测器的投影方向；第二计算模块，用于根据所述像素值在所述探测器的轴方向上并行计算所述探测器的轴方向上的投影值，所述轴方向上的投影值是所述探测器的轴方向的模糊足迹函数与所述像素值的乘积在所述三维图像的轴方向的和；第三计算模块，用于在所述探测器的平面上并行计算所述水平方向上的模糊足迹函数与所述轴方向上的投影值的乘积获得所述探测器的平面每个探测器单元的投影值。可选的，所述第三模块包括多个第四单元，所述第四单元的个数与所述探测器的平面上探测器单元的个数相同；每个所述第四单元包括：第一获取子单元，用于获取所述三维图像中每个坐标位置的三维体素在探测器的水平方向上的投影范围；查找子单元，用于查找对探测器单元所有有贡献的投影范围，所述有贡献的投影范围包括所述探测器单元的水平坐标值；第二获取子单元，用于获取所有有贡献的投影范围所对应的三维体素作为有贡献的三维体素；第一计算子单元，用于利用所述有贡献的三维体素的水平方向上的模糊足迹函数和轴方向上的投影值的乘积计算所述探测器单元的投影值。可选的，所述装置还包括：第二获取模块，用于获取探测器平面上每个探测器单元的测量值；第四计算模块，用于根据所述水平方向上的模糊足迹函数，所述轴方向上的模糊足迹函数以及所述探测器平面上每个探测器单元的测量值在所述三维图像的每个坐标位置上并行计算所述三维图像中每个坐标位置的反向投影值。可选的，所述第四计算模块包括多个第二计算子单元和多个第三计算子单元，所述第二子单元的个数与所述三维图像的横截面上三维体素的个数相同，所述第三计算子单元与所述三维图像的三维体素的个数相同；所述第二计算子单元，用于根据所述水平方向上的模糊足迹函数以及所述探测器平面上每个探测器单元的测量值在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维图像的三维体素的投影值，所述三维图像的三维体素的投影值是水平方向上的模糊足迹函数与所述探测器平面的测量值的乘积在所述三维图像的横截面的三维体素上的和；所述第三子单元，用于根据所述轴方向上的模糊足迹函数以及所述横截面上三维体素的投影值在所述三维图像的每个坐标位置并行计算所述三维图像中每个坐标位置的投影值，所述投影值为所述横截面上三维体素的投影值与所述轴方向上的模糊足迹函数的乘积在所述三维图像的坐标位置的和。一种GPU，所述GPU包括：第一划分模块，用于获取系统中GPU的个数，根据所述GPU的个数将投影角度平均划分成多个投影角度范围，所述投影角度范围的个数与GPU个数相同；第一获取模块，用于获取所述GPU的设备编号，根据所述设备编号获取属于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可分离足迹函数技术的投影方法，其特征在于，所述方法包括：获取三维图像中每个坐标位置的三维体素的像素值；在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维体素投影到探测器的水平方向上的模糊足迹函数，所述水平方向是所述三维图像的横截面在所述探测器的投影方向；根据所述像素值在所述探测器的轴方向上并行计算所述探测器的轴方向上的投影值，所述轴方向上的投影值是所述探测器的轴方向的模糊足迹函数与所述像素值的乘积在所述三维图像的轴方向的和；在所述探测器的平面上并行计算所述水平方向上的模糊足迹函数与所述轴方向上的投影值的乘积获得所述探测器的平面每个探测器单元的投影值。

【技术特征摘要】
1.一种基于可分离足迹函数技术的投影方法，其特征在于，所述方法包括：获取三维图像中每个坐标位置的三维体素的像素值；在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维体素投影到探测器的水平方向上的模糊足迹函数，所述水平方向是所述三维图像的横截面在所述探测器的投影方向；根据所述像素值在所述探测器的轴方向上并行计算所述探测器的轴方向上的投影值，所述轴方向上的投影值是所述探测器的轴方向的模糊足迹函数与所述像素值的乘积在所述三维图像的轴方向的和；在所述探测器的平面上并行计算所述水平方向上的模糊足迹函数与所述轴方向上的投影值的乘积获得所述探测器的平面每个探测器单元的投影值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算每个探测器单元的投影值包括：获取所述三维图像中每个坐标位置的三维体素在探测器的水平方向上的投影范围；查找对探测器单元所有有贡献的投影范围，所述有贡献的投影范围包括所述探测器单元的水平坐标值；获取所有有贡献的投影范围所对应的三维体素作为有贡献的三维体素；利用所述有贡献的三维体素的水平方向上的模糊足迹函数和轴方向上的投影值的乘积获得所述探测器单元的投影值。3.根据权利要求1-2任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取探测器平面上每个探测器单元的测量值；根据所述水平方向上的模糊足迹函数，所述轴方向上的模糊足迹函数以及所述探测器平面上每个探测器单元的测量值在所述三维图像的每个坐标位置上并行计算所述三维图像中每个坐标位置的反向投影值。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据探测器平面的测量值在所述三维图像的每个坐标位置上并行计算所述三维图像中每个坐标位置的反向投影值包括：根据所述水平方向上的模糊足迹函数以及所述探测器平面上每个探测器单元的测量值在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维图像的三维体素的投影值，所述三维图像的三维体素的投影值是水平方向上的模糊足迹函数与所述探测器平面的测量值的乘积在所述三维图像的横截面的三维体素上的和；根据所述轴方向上的模糊足迹函数以及所述横截面上三维体素的投影值在所述三维图像的每个坐标位置并行计算所述三维图像中每个坐标位置的投影值，所述投影值为所述横截面上三维体素的投影值与所述轴方向上的模糊足迹函数的乘积在所述三维图像的坐标位置的和。5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述水平方向上的模糊足迹函数是梯形函数或矩形函数。6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述轴方向上的模糊足迹函数是梯形函数或矩形函数。7.一种多GPU实现的投影方法，其特征在于，所述方法包括：GPU获取系统中GPU的个数，根据所述GPU的个数将投影角度平均划分成多个投影角度范围，所述投影角度范围的个数与GPU个数相同；GPU获取所述GPU的设备编号，根据所述设备编号获取属于所述GPU的投影角度范围；GPU获取三维图像中每个坐标位置的像素值；GPU根据所述像素值按照权利要求1-2任意一项所述方法并行计算所述投影角度范围下探测器的平面探测器单元的投影值。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：GPU根据所述GPU的个数将所述三维图像的横坐标或纵坐标平均划分成多个坐标范围，所述坐标范围的个数与GPU的个数相同；GPU获取所述GPU的设备编号，根据所述设备编号获取属于所述GPU的坐标范围；GPU获取探测器的平面中每个探测器单元的测量值；GPU根据属于所述坐标范围的所有测量值按照权利要求3-4任意一项所述方法并行计算所述坐标范围下所述三维图像中三维体素的反向投影值。9.一种基于可分离足迹函数技术的投影装置，其特征在于，所述装置包括：第一获取模块，用于获取三维图像中每个坐标位置的三维体素的像素值；第一计算模块，用于在所述三维图像的横截面上并行计算所述三维体素...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢晓斌，龙泳，麦迪逊G·麦克加芬，杰弗里A·费思勒，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31