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锥形束CT图像体绘制异构计算研究 　　摘要：通过使用GPU异构计算技术，对锥形束医学断层扫描成像（CT）数据通过基于互信息的图像配准和圆弧轨迹Katsevich反投影重建，以形象化的体绘制方式实时显示三维影像。提出了锥形束CT医学领域应用的解决方案，表明了锥形束CT图像实时三维绘制的可行性和GPU异构计算相比CPU在该领域的优势。 　　关键词：锥形束CT；Katsevich反投影重建；GPU异构计算 　　中图分类号TP301.6文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)06-1367-02 　　Heterogeneous Computing of Cone-Beam CT Volume Rendering Images 　　BAI Yuan-guang, QIAN Ge 　　(Nanyang Institute of Technology, Nanyang 473000, China) 　　Abstract: Heterogeneous computing through the use of GPU technology, medical cone-beam tomography (CT) data by mutual informa? tion based image registration and a circular path Katsevich back-projection reconstruction, volume rendering to visualize three-dimension? al images in real-time display. Proposed a cone-beam CT medicine application solutions, cone-beam CT image shows the real-time three-dimensional rendering of the feasibility of heterogeneous computing and GPU than the CPU in this field advantage. 　　Key words: cone-beam CT; Katsevich back projection reconstruction; GPU heterogeneous computing 　　计算机硬件的发展和计算机图形学的进步极大改变了传统医学断层扫描成像（CT）的胶片阅读方式。国外临床上锥形束CT同时配备传统胶片机和实时互动式三维影像的设备已经进入实际应用。通过成熟的基于互信息的医学图像配准，圆规轨迹锥束重建和基于三维纹理体绘制相关处理步骤，完成解剖数据综合分布的形象化显示。 　　 1锥形束CT体绘制 　　1.1锥形束CT 　　提高X射线利用率和缩短成像时间一直是CT技术的一个重要发展方向，目前，大锥角的锥束CT成像技术取代笔形束和扇形束方式，达到了实用化和商业化的要求。通过大锥角放射源和大平板检测器，设备旋转一周完成选定解剖范围内整体扫描，人体组织受X光线照射剂量只有传统笔形束的六十分之一或相同量级，同时大大降低设备的运行成本。 　　1.2图像配准 　　医学图像配准的主要目的是解决图像内容的对齐问题，使两幅图像上的对应点达到空间位置和解剖结构上的完全一致，从而为??一步的图像融合与图像分析奠定基础。按照空间变换性质分类，根据变形的程度可分为刚性配准和弹性配准。在医学配准中一般采取物理降低变形程度，实施刚性配准的方式。基于最大互信息值的配准算法根据待配准两幅图像的体素值，计算两幅图像相互包含信息的多少，即互信息值，并以此作为相似性测度，当两幅图像完全配准时互信息值达到最大。该算法是图像配准领域重要性相对突出的实现策略，相比基于特征的配准方法而言，人工干预少、实用性强、应用范围广。 　　1.3 Katsevich反投影重建 　　2003年，滤波反投影结构的Katsevich锥束重建理论提出，具有里程碑般意义。该精确重建算法具有移不变投影结构，即使在较大投影锥角下仍能重建出高质量的CT图像。 　　在应用到不同扫描几何时，根据不同的扫描目标其运动轨迹可以有所不同。其中圆弧轨迹锥束扫描几何关系如图1所示，系统的旋转中心在笛卡尔坐标系统的原点O，射源点在xy平面内绕z轴以D为半径旋转.由旋转角度可得积分方程： 1.4体绘制 　　直接体绘制(DirectvolumeRendering)技术是三维标量数据场可视化的一个重要方法，它直接计算数据场中所有体素对最终成像 结果的贡献，反映三维数据场的内部特征信息，这与传统的面绘制(surface Rendering)技术相对应。 　　根据体绘制