一種乳腺ct設備的製作方法

2023-12-05 15:39:01 2

專利名稱：一種乳腺ct設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及醫療影像設備，具體地說，涉及一種乳腺CT設備。
背景技術：
乳腺疾病是婦女的常見疾病，特別是乳腺癌在女性惡性腫瘤中的發病率佔第一位，對女性的健康具有極大的威脅。傳統的CT設備在進行乳腺檢查時，大都採用讓患者躺於掃描床進行全身或者局部檢查的方式，這種方式不但需要花費較多的時間進行定位，不便於操作，而且需要患者較高的配合度，容易導致重組後的圖像出現偽像，影響檢測的準確性。另外，現有CT成像系統大多在CPU上進行圖像重建運算，需花費較多時間進行計算，一方面降低醫生的工作效率，另一方面延長了患者等待檢查結果的時間。·

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種能夠讓患者坐著進行檢查的乳腺CT設備。採用的技術方案如下一種乳腺CT設備，包括機架、掃描發射裝置、掃描探測裝置和圖像處理裝置，掃描探測裝置的信號輸出端與圖像處理裝置相應的信號輸入端連接，其特徵在於所述乳腺CT設備還包括旋轉支架、旋轉驅動機構和座椅；旋轉支架可轉動安裝在機架上並且在旋轉驅動機構的驅動下可繞一上下走向的轉軸旋轉；掃描發射裝置和掃描探測裝置均安裝在旋轉支架上，掃描發射裝置與掃描探測裝置相對配置；座椅包括座板和靠背，掃描發射裝置和掃描探測裝置均處於座板上方，並且掃描發射裝置和掃描探測裝置分別處於座椅兩側。上述乳腺CT設備中，座板在水平面上的正投影處於掃描發射裝置在水平面上的正投影與掃描探測裝置在水平面上的正投影之間。當患者坐在座椅上進行檢查時，其被檢查的部位(即乳腺)處於掃描發射裝置與掃描探測裝置之間，掃描發射裝置發射的X射線穿透患者胸部，衰減後被掃描探測裝置檢測吸收。為了更好的適應不同身高的患者，使患者被檢查的部位(即乳腺)與掃描發射裝置、掃描探測裝置位置相對應，優選上述機架包括基座、頂架和導向杆，頂架處於基座上方，旋轉支架可轉動安裝在頂架上，導向杆上端與頂架連接，基座上設有上下走向的導向滑槽，導向杆處於導向滑槽中並且與導向滑槽作滑動配合；基座上還設有能夠調節導向杆在導向滑槽中所處高度位置的導向杆高度調節機構。進行檢查時，在患者坐在座椅上之後，通過導向杆高度調節機構調節導向杆在導向滑槽中所處的高度位置，從而調節頂架及旋轉支架的高度，使掃描發射裝置和掃描探測裝置處於合適的高度位置；另外，在檢查的過程中，可通過導向杆高度調節機構驅動掃描發射裝置和掃描探測裝置上下移動。一具體方案中，上述導向杆高度調節機構包括高度調節電機、齒輪以及上下走向的齒條，齒輪可轉動安裝在底座上並且與聞度調節電機的動力輸出軸傳動連接，齒條設於導向杆上並且與齒輪相哨合，高度調節電機驅動齒輪轉動時，可驅動齒條升降，從而使導向杆在導向滑槽中相應的升降。導向杆高度調節機構也可採用其他結構，例如採用相互嚙合的螺杆和螺母，其中螺杆可轉動安裝在基座上並且與一高度調節電機的動力輸出軸傳動連接，螺母固定安裝在頂架上；或者螺母可轉動安裝在基座上並且與一高度調節電機的動力輸出軸傳動連接，螺杆固定安裝在頂架上。優選上述座椅上設有腰部固定裝置和肩部固定裝置。患者坐於座椅上後，利用腰部固定裝置將患者腰部固定在座椅上，並且利用肩部固定裝置將患者的雙肩固定在座椅上，從而將患者的上身固定在座椅上，以防止檢查過程中患者上身錯位而影響檢查結果的準確性。通常，腰部固定裝置和肩部固定裝置均安裝在座椅的靠背上。一具體方案中，上述腰部固定裝置包括左腰部系帶和右腰部系帶，左腰部系帶一端連接靠背左側，右腰部系帶一端連接靠背右側，左腰部系帶上設有左連接件，右腰部系帶上設有右連接件，右連接件與左連接件相匹配，左腰部系帶通過左連接件、右連接件與右腰部系帶連接。通過右連接件與左連接件的配合，使右腰部系帶與左腰部系帶連接，形成完整的腰部固定帶，將患者腰部固定在座椅上。上述左連接件、右連接件可採用常見的連接件。例如，上述左連接件、右連接件可以是相互配合的搭扣凸條和搭扣凹條(搭扣凸條和搭扣凹·條構成尼龍搭扣)，可以左連接件是搭扣凸條而右連接件是搭扣凹條，也可以左連接件是搭扣凹條而右連接件是搭扣凸條。又如，上述左連接件、右連接件可以是相互配合的一對卡接件，其中左連接件包括插片，插片上設有卡接孔，右連接件包括插槽，插槽與插片相匹配，插槽內設有與卡接孔相配合的卡簧片；左連接件在左腰部系帶上的位置可調，或者右連接件在右腰部系帶上的位置可調，從而使右連接件與左連接件相扣合後所形成的腰部固定帶的長度可調，以適應不同腰圍尺寸的患者。一具體方案中，上述肩部固定裝置包括左肩固定帶和右肩固定帶；左肩固定帶下端連接靠背正面的左側，左肩固定帶上端通過尼龍搭扣與靠背背面的左側連接；右肩固定帶下端連接靠背正面的右側，右肩固定帶上端通過尼龍搭扣與靠背背面的右側連接。尼龍搭扣包括相互配合的搭扣凸條和搭扣凹條；在靠背左側，可以在左肩固定帶上端設置搭扣凸條而在靠背背面的左側設置搭扣凹條，也可以左肩固定帶上端設置搭扣凹條而在靠背背面的左側設置搭扣凸條；在靠背右側，可以在右肩固定帶上端設置搭扣凸條而在靠背背面的右側設置搭扣凹條，也可以右肩固定帶上端設置搭扣凹條而在靠背背面的右側設置搭扣凸條。設置在靠背背面的左側的搭扣凹條或搭扣凸條為上下走向，設置在左肩固定帶上端的搭扣凸條或搭扣凹條沿左肩固定帶的長度方向延伸；同樣，設置在靠背背面的右側的搭扣凹條或搭扣凸條為上下走向，設置在右肩固定帶上端的搭扣凸條或搭扣凹條沿右肩固定帶的長度方向延伸，這樣，搭扣凹條與對應的搭扣凸條的不同部位連接，可適應不同身材的患者。上述座椅可以是位置固定的座椅，也可以是可升降的座椅。一種方案中，上述機架上設有上下走向的座椅導軌，座椅導軌上安裝有升降座，機架上設有能夠驅動升降座沿座椅導軌上下移動的升降驅動機構，座椅固定安裝在升降座上。一具體方案中，上述升降驅動機構包括升降驅動伺服電機、螺杆和螺母，螺杆可轉動安裝在機架上並且與升降驅動伺服電機的動力輸出軸傳動連接，螺母固定安裝在升降座上，螺母與螺杆相嚙合，乳腺CT設備的控制電路發送控制信號至升降驅動伺服電機，升降驅動伺服電機驅動螺杆轉動，螺杆通過螺母帶動升降座及座椅上升或下降。升降驅動伺服電機的動力輸出軸與螺杆之間的傳動機構可採用齒輪組、同步帶、鏈傳動等。上述升降驅動機構也可採用其他結構，如齒輪/齒條配合的機構，其中齒條平行於座椅導軌並且與升降座固定連接，齒輪可轉動安裝在機架上並且升降驅動伺服電機的動力輸出軸傳動連接，齒輪與齒條哨合。掃描發射裝置一般包括X線管、楔形濾線器和準直器，X線管發射出的X射線經過楔形濾線器的過濾和準直器的校正後，向患者被檢查的部位(即乳腺)發射。X線管由高壓發生器驅動，當高壓發生器產生的高壓加到X線管的正、負極時，X線管就會發射X射線；X線管發射的X射線首先通過楔形濾線器；x線通過楔形濾線器後，接著通過準直器，其形狀是中間薄、邊緣厚，用以補償一般被掃描物體(如乳腺)中間厚、邊緣薄的現象；每一束X射線以一定的角度和位置穿過被測體進入掃描探測裝置，被掃描物體的每一點都受到大量X射線的影響。掃描探測裝置將檢測到的信號輸送至圖像處理裝置進行處理，形成圖像；圖像處理裝置形成的圖像可通過顯示裝置顯示。掃描探測裝置輸出的信號為模擬信號，圖像處理裝置中的數/模轉換器把模擬信號轉換成數位訊號後，再進行運算處理。優選圖像處理裝置包含有一塊或者多塊圖形處理器(簡稱GPU)，利用GPU可編程的特點和高速並行運算的·機制，在GPU上進行圖像重建運算，快速處理接收到的數位訊號，得到圖像數據，可非常大的提升計算速度，使圖像顯示更快速、準確，同時節約出時間進行更多的圖像後處理，提高圖像顯示效果，使圖像顯示更清晰，更利於疾病的檢測。優選在圖像處理裝置上進行乳腺CT圖像重建的方法依次包括下述步驟(I)數據接收與傳輸將由乳腺CT設備的掃描檢測裝置檢測到的模擬信號經模/數轉換器(A/D)轉換而成的數位訊號經過系統總線傳輸到系統內存，然後根據數位訊號的數據量大小申請顯存，並把系統內存中的數位訊號傳輸到圖形處理器的顯存中；上述數位訊號是在有限角度重建成像方式下獲得的信號。通常，對系統內存中的數位訊號依次進行數據預測(即利用級比生成的方法預測出其相鄰部分的投影數據信息)、FIR低通濾波等處理後，再根據數位訊號的數據量大小申請顯存，並把數據通過PCIExie接口傳輸到圖形處理器的顯存中。本發明優先米用NVidia 公司推出的 CUDA (Compute Unified DeviceArchitecture)架構編寫程序，首先對圖形處理器進行初始化，檢測當前圖形處理器和圖形處理器驅動是否符合CUDA運行的需求。並且，在系統內存與顯存之間進行數據傳輸之前，通過下述步驟建立CUDA環境(a)下載並安裝CUDA TooKit和CUDA SDK;(b)在新建項目中包含必要的CUDA頭文件、庫文件與連結庫；(c)加載CUDA的nvcc編譯器，nvcc編譯器會把CUDA的圖形處理器程序的部分轉換成PTX code，最後變成在圖形處理器可以執行的程序；(d)生成後綴名為.CU的文件，這樣，在編譯的時候，就會把後綴名為.CU的文件丟給CUDA的nvcc編譯器進行編譯，其它文件則仍然由VC編譯器進行編譯。(2)按並行的有限角度重建成像算法，在圖形處理器中並行進行數據運算；有限角度重建成像算法的基本思路是迭代，有限角度成像的數據在Fourier空間為有限頻帶，因此可以用GP算法來恢復缺失的數據。定義算子B和C，有限角度重建成像算法中GP迭代的過程為B/ = Tf/，Cf = FT1 F 7 ①/ = /k ② fi+1 = Cfk + (I-CB) f ③
其中Fourier空間的已知數據定義為/k，全部數據表示為/，F表示Fourier變換，F 1表示Fourier逆變換，T1和Tf是圖像空間和頻率空間的二值函數矩陣，I是單位矩陣。GP迭代最終以(I-Ai)"的速度收斂到/，其中，{λ。是CB的特徵值，並且(KAi
<I。在圖形處理器中並行進行的數據運算為迭代計算，迭代計算包括下述步驟(2 -I) Fourier變換與逆變換；(2 — 2)求空域與頻域的特徵值；(2 — 3)求算子B、C的特徵值。其中上述步驟(2 - I)具體包括下述步驟(2 -1-1)圖形處理器的各流處理器接收數據，也就是說，將圖形處理器的顯存所接收到的數位訊號數據分配到圖形處理器的各流處理器中；(2 — I — 2)一維 Fourier 變換；(2 — I — 3)二維 Fourier 變換；(2 — I —4) 二維Fourier逆變換；(2 — I 一 5)將計算結果寫入共享顯存。
·
步驟(2 — I)中在進行步驟(2 — 1 — 2) 一維Fourier變換之前,通過kernel設計(即核設計)，使GPU進行一維Fourier變換計算時符合warp發射條件,保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步，從而提高運行速度；在進行步驟(2 —I - 3)二維Fourier變換之前，通過原子操作，使多個線程同時訪問全局顯存或共享顯存的同一地址時保證每個線程能夠實現對共享可寫數據的互斥操作，在其中一個線程完成操作之前，其它任何線程都無法訪問此地址，從而使訪問線程數據的速度得到提高；在進行步驟(2—1 一 4)二維Fourier逆變換之前,通過kernel設計,使GPU進行二維Fourier逆變換計算時符合warp發射條件，保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步，從而提高運行速度；在進行步驟(2 - I - 5)將計算結果寫入共享顯存之前，發送同步指令，保證同一線程塊中的所有線程都執行到同一位置，當其中任意一個線程運行到同步指令標記處後會暫停運行，直到整個線程塊中所有的線程都運行到同一位置，整個線程塊才會繼續執行下面的語句。上述步驟(2 - 2)具體包括下述步驟(2 — 2 — I)初始化算子B、C，包括算子矩陣的顯存申請並賦初始值，避免空指針；(2 - 2 - 2)使用cublas庫函數；(2 — 2 一 3)求空域特徵值；(2 — 2 — 4)求頻域特徵值；(2 — 2 — 5)將計算結果寫入共享顯存。步驟(2 — 2)中在進行步驟(2 — 2 — 2)使用cublas庫函數之前,通過kernel設計，使GPU進行空域特徵值計算時符合warp發射條件,保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步，從而提高運行速度；在進行步驟(2 - 2 - 3)求空域特徵值之前，通過原子操作，使多個線程同時訪問全局顯存或共享顯存的同一地址時，保證每個線程能夠實現對共享可寫數據的互斥操作，在其中一個線程完成操作之前其它任何線程都無法訪問此地址，從而使訪問線程數據的速度得到提高；在進行步驟(2 - 2 - 4)求頻域特徵值之前，通過異步流操作，使得當GPU進行計算時，主機CPU線程不必等待即可進行其它計算，從而使CPU與GPU同時進行工作，提高資源利用率；在進行步驟(2 - 2 - 5)將計算結果寫入共享顯存之前，發送同步指令，保證同一線程塊中的所有線程都執行到同一位置，當其中任意一個線程運行到同步指令標記處後會暫停運行，直到整個線程塊中所有的線程都運行到同一位置，整個線程塊才會繼續執行下面的語句。上述步驟(2 - 3)具體包括下述步驟(2 - 3 - I)讀取共享顯存變量，即讀取步驟(2 — 2)計算完成後寫入共享顯存的變量；(2 — 3 — 2)求逆矩陣；(2 — 3 — 3)求共軛矩陣；(2 — 3 — 4)求出算子B、C的特徵值；(2 — 3 — 5)將計算結果寫入共享顯存。步驟(2 - 3)中在進行步驟(2 - 3 - 2)求逆矩陣之前，通過kernel設計，使GPU進行逆矩陣計算時符合warp發射條件，保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步，從而提高運行速度；在進行步驟(2 -3-3)求共軛矩陣之前，對讀取逆矩陣計算結果的指令作出訪問優先標記，使該具有訪問優先標記的指令(即讀取逆矩陣計算結果的指令)獲得共享顯存訪問的最高優先級，保證能最快的獲得所需數據而不需等待；在進行步驟(2 - 3 - 4)求出算子B、C的特徵值之前，通過異步執行指令，使一個流內的計算能夠和另一個流的數據傳輸同時進行，提高資源利用率；在進行步驟(2 - 3 - 5)將計算結果寫入共享顯存之前，通過offset對齊設計，使數據對齊方式為最符合GPU計算的4位元組對齊或者8位元組對齊。圖形處理器的運算機制為並行運算機制，適合大量具有相同計算的數據運算，也就是說，可以把圖形處理器想像成有多個(可多達幾十到幾百個)流處理器的CPU，它們可以同時進行運算。設計CUDA算法的目標是把具有相同計算的數據分別送到不同的流處理器·進行運算，以節約運算時間。(3)利用預定條件判定步驟(2)的計算結果是否達到預期目標，如達到預期目標則執行步驟(4)，否則重新回到步驟(2 )進行迭代計算。(4)圖形處理器將迭代計算的結果傳送至系統內存，進行圖像後處理。圖像後處理可包括對數壓縮、開窗等，經圖像後處理後輸出並顯示。本發明與現有技術相比較，具有如下有益效果結構簡單可靠，佔用空間小，製造成本較低；能夠讓患者坐著進行檢查，不再需要仰臥或者俯臥進行檢查，便於操作，定位更容易，可縮短檢查時間，且有利於提高檢測的準確性；掃描時間更少，從而使患者接受的輻射劑量比普通CT機更少，減少患者的痛苦。


圖I是本發明一優選實施例的結構示意圖；圖2是圖I所示乳腺CT設備中導向杆高度調節機構的結構示意圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是圖I中座椅的右視圖(其中左肩固定帶處於連接狀態)；圖5是本發明優選實施例乳腺CT圖像重建方法的總體流程圖；圖6是步驟(I)數據接收與傳輸的流程圖；圖7是圖形處理器並行運算機制的示意圖；圖8是步驟(2 - I) Fourier變換與逆變換的流程圖；圖9是步驟(2 - 2)求空域與頻域的特徵值的流程圖；圖10是步驟(2 - 3)求算子B、C的特徵值的流程圖。
具體實施例方式如圖I 一圖4所示，這種乳腺CT設備包括機架I、掃描發射裝置2、掃描探測裝置3、圖像處理裝置、旋轉支架4、旋轉驅動機構和座椅5。旋轉支架4可轉動安裝在機架I上並且在旋轉驅動機構的驅動下可繞一上下走向的轉軸6旋轉(旋轉驅動機構通常採用旋轉電機作為動力源，旋轉電機的動力輸出軸與轉軸6傳動連接)，本實施例中，機架I包括基座7、頂架8和導向杆9，頂架8處於基座7上方，旋轉支架4可轉動安裝在頂架8上，導向杆9上端與頂架8連接，基座7上設有上下走向的導向滑槽10，導向杆9處於導向滑槽10中並且與導向滑槽10作滑動配合；基座7上還設有能夠調節導向杆9在導向滑槽10中所處高度位置的導向杆高度調節機構；參考圖3和圖4，導向杆高度調節機構包括高度調節電機、齒輪11以及上下走向的齒條12，齒輪11可轉動安裝在底座7上並且與高度調節電機的動力輸出軸傳動連接，齒條12設於導向杆9上並且與齒輪11相嚙合，高度調節電機驅動齒輪11轉動時，可驅動齒條12升降，從而使導向杆9在導向滑槽10中相應的升降。導向杆高度調節機構也可採用其他結構，例如採用相互嚙合的螺杆和螺母，其中螺杆可轉動安裝在基座上並且與一高度調節電機的動力輸出軸傳動連接，螺母固定安裝在頂架上；或者螺母可轉動安裝在基座上並且與一高度調節電機的動力輸出軸傳動連接，螺杆固定安裝在頂架上。座椅5包括座板51和靠背52，掃描發射裝置2和掃描探測裝置3均處於座板51上方，並且掃描發射裝置2和掃描探測裝置3分別處於座椅5兩側(座板5在水平面上的正·投影處於掃描發射裝置2在水平面上的正投影與掃描探測裝置3在水平面上的正投影之間)。座椅5上設有腰部固定裝置和肩部固定裝置,腰部固定裝置和肩部固定裝置均安裝在座椅5的靠背52上。本實施例中，腰部固定裝置包括左腰部系帶53和右腰部系帶54，左腰部系帶53 —端連接靠背52左側，右腰部系帶54 —端連接靠背52右側，左腰部系帶53上設有左連接件55，右腰部系帶54上設有右連接件56，右連接件56與左連接件55相匹配，左腰部系帶53通過左連接件55、右連接件56與右腰部系帶54連接。通過右連接件56與左連接件55的配合，使右腰部系帶54與左腰部系帶53連接，形成完整的腰部固定帶，將患者腰部固定在座椅5上。本實施例中左連接件55、右連接件56是相互配合的搭扣凸條和搭扣凹條(搭扣凸條和搭扣凹條構成尼龍搭扣)，可以左連接件55是搭扣凸條而右連接件56是搭扣凹條，也可以左連接件55是搭扣凹條而右連接件56是搭扣凸條。其他實施方案中，左連接件、右連接件也可以是相互配合的一對卡接件，其中左連接件包括插片，插片上設有卡接孔，右連接件包括插槽，插槽與插片相匹配，插槽內設有與卡接孔相配合的卡簧片；左連接件在左腰部系帶上的位置可調，或者右連接件在右腰部系帶上的位置可調，從而使右連接件與左連接件相扣合後所形成的腰部固定帶的長度可調，以適應不同腰圍尺寸的患者。本實施例中，肩部固定裝置包括左肩固定帶57和右肩固定帶58 ;左肩固定帶57下端連接靠背52正面的左側，左肩固定帶57上端通過尼龍搭扣(該尼龍搭扣包括相互配合的搭扣凸條59和搭扣凹條510)與靠背52背面的左側連接；右肩固定帶58下端連接靠背52正面的右側，右肩固定帶58上端通過尼龍搭扣(該尼龍搭扣包括相互配合的搭扣凸條和搭扣凹條)與靠背52背面的右側連接。在靠背52左側，在左肩固定帶57上端設置搭扣凸條59而在靠背52背面的左側設置搭扣凹條510 (也可以左肩固定帶上端設置搭扣凹條而在靠背背面的左側設置搭扣凸條);設置在靠背52背面的左側的搭扣凹條510為上下走向，設置在左肩固定帶57上端的搭扣凸條59沿左肩固定帶57的長度方向延伸。右肩固定帶58的具體設置與左肩固定帶57相類似，在靠背52右側，在右肩固定帶58上端設置搭扣凸條而在靠背52背面的右側設置相應的搭扣凹條(也可以右肩固定帶上端設置搭扣凹條而在靠背背面的右側設置搭扣凸條);設置在靠背52背面的右側的搭扣凹條為上下走向，設置在右肩固定帶58上端的搭扣凸條沿右肩固定帶的長度方向延伸。本實施例中座椅5是位置固定的座椅，在檢查過程中座椅5高度位置保持不變。掃描發射裝置2和掃描探測裝置3均安裝在旋轉支架4上，掃描發射裝置2與掃描探測裝置3相對配置(掃描發射裝置2中的X線管和掃描探測裝置3中相應的探測器必須準確地對準到與掃描平面相平行的程度);掃描探測裝置3的信號輸出端與圖像處理裝置相應的信號輸入端連接。掃描發射裝置2 —般包括X線管、楔形濾線器和準直器，X線管發射出的X射線經過楔形濾線器的過濾和準直器的校正後，向患者被檢查的部位(即乳腺)發射。X線管由高壓發生器驅動，當高壓發生器產生的高壓加到X線管的正、負極時，X線管就會發射X射線；X線管發射的X射線首先通過楔形濾線器；X線通過楔形濾線器後，接著通過準直器，其形狀是中間薄、邊緣厚，用以補償一般被掃描物體(如乳腺)中間厚、邊緣薄的現象；每一束X射線以一定的角度和位置穿過被測體進入掃描探測裝置3，被掃描物體的每一·點都受到大量X射線的影響。進彳丁檢查時，在患者坐在座椅5上之後，利用腰部固定裝直將患者腰部固定在座椅5上，並且利用肩部固定裝置將患者的雙肩固定在座椅5上，從而將患者的上身固定在座椅5上；通過導向杆高度調節機構調節導向杆9在導向滑槽10中所處的高度位置，從而調節頂架8及旋轉支架4的高度，使掃描發射裝置2和掃描探測裝置3處於合適的高度位置，患者被檢查的部位(即乳腺)處於掃描發射裝置2與掃描探測裝置3之間。隨後，在旋轉驅動機構的驅動下，旋轉支架4從起始位置進入旋轉狀態；在旋轉支架4以恆速旋轉過程中，旋轉支架4每轉動一定角度(如O. 6° )產生一個脈衝，每一個脈衝激發一次高壓發生器，使掃描發射裝置2中的X線管發射X線，產生I個測量剖面；每一束X射線以一定的角度和位置穿過被測體(即乳腺)，被測體(即乳腺)的每一點都受到大量X射線的影響，X射線衰減後進入掃描探測裝置3，被掃描探測裝置3檢測吸收。掃描探測裝置3將檢測到的信號輸送至圖像處理裝置進行處理，形成圖像；圖像處理裝置形成的圖像可通過顯示裝置顯示。掃描探測裝置3輸出的信號為模擬信號，圖像處理裝置中的數/模轉換器把模擬信號轉換成數位訊號後，再進行運算處理。圖像處理裝置包含有一塊或者多塊GPU，利用GPU可編程的特點和高速並行運算的機制，在GPU上進行圖像重建運算。在圖像處理裝置上進行乳腺CT圖像重建的方法如下參考圖5，這種基於圖形處理器的乳腺CT圖像重建方法依次包括下述步驟(I)數據接收與傳輸將由乳腺CT設備的掃描檢測裝置檢測到的模擬信號經模/數轉換器(A/D)轉換而成的數位訊號(該數位訊號是在有限角度重建成像方式下獲得的信號)，經過系統總線傳輸到系統內存，然後根據數位訊號的數據量大小申請顯存，並把系統內存中的數位訊號傳輸到圖形處理器的顯存中。參考圖6，本實施例中，數位訊號傳輸到系統內存後，對系統內存中的數位訊號依次進行數據預測(即利用級比生成的方法預測出其相鄰部分的投影數據信息)、FIR低通濾波等處理後，再根據數位訊號的數據量大小申請顯存，並把數據通過PCIExl6接口傳輸到圖形處理器的顯存中。本實施例米用NVidia公司推出的CUDA(Compute Unified Device Architecture)架構編寫程序，首先對圖形處理器進行初始化，檢測當前圖形處理器和圖形處理器驅動是否符合CUDA運行的需求。並且，在系統內存與顯存之間進行數據傳輸之前，通過下述步驟建立CUDA環境(a)下載並安裝CUDA TooKit和CUDA SDK ； (b)在新建項目中包含必要的CUDA頭文件、庫文件與連結庫；(c)加載CUDA的nvcc編譯器，nvcc編譯器會把CUDA的圖形處理器程序的部分轉換成PTX code，最後變成在圖形處理器可以執行的程序；(d)生成後綴名為.cu的文件，這樣，在編譯的時候，就會把後綴名為.cu的文件丟給CUDA的nvcc編譯器進行編譯，其它文件則仍然由VC編譯器進行編譯。以下為數據在內存與顯存間交換的CUDA代碼
//申請GPU設備顯存
cLi I i ISaCcCaI I (cndaMa I I oc ((vo i d**) &d_s i gna I, mcm_s i zc))；· //把數據從內存拷貝到顯存
cu I i I SmCeCa I I (cudaMcmc卩y (d—s i gna I, h_paddecl_s i gna I,mem—size, cudaVL'inc卩yllosLTol)(jv icc));
//把數據從顯存拷貝到內存
Comp I ex* h_convo I vec!_s i gna I = h」〕addL'd—s i gna I ; cLi I i I Saf'eCa I I (ciidaMcmcpy (h_ci)n vo] vcd_s i gna I, d_s i gna I,
mem—size,
cLidaMcmcpy Dcv i οο 'οΙΙονΙ));(2)按並行的有限角度重建成像算法，在圖形處理器中並行進行數據運算；定義算子B和C，有限角度重建成像算法中GP迭代的過程為B/ = Tf/，Cf = FT1 F 1J ①/ = /k ②/i+1 = Cfk + (I-CB) /1 ③其中Fourier空間的已知數據定義為/k,全部數據表示為/,F表示Fourier變換，F 1表示Fourier逆變換，T1和Tf是圖像空間和頻率空間的二值函數矩陣，I是單位矩陣。GP迭代最終以(I-Ai)"的速度收斂到/，其中，{λ。是CB的特徵值，並且(KAi
<I。參考圖5，在圖形處理器中並行進行的數據運算為迭代計算，迭代計算包括下述步驟(2 — DFourier變換與逆變換；(2 — 2)求空域與頻域的特徵值；(2 — 3)求算子B、C的特徵值。其中參考圖8,步驟(2 — I) (Fourier變換與逆變換)具體包括下述步驟(2 — I 一I)由圖形處理器的流處理器接收數據，也就是說，將圖形處理器的顯存所接收到的數位訊號數據分配到圖形處理器的各流處理器中；(2 — I 一 2) —維Fourier變換；(2 — I 一 3)二維Fourier變換；(2 — I 一 4)二維Fourier逆變換；(2 — I 一 5)將計算結果寫入共享顯存。步驟(2 — I)中在進行步驟(2 — 1 — 2) 一維Fourier變換之前,通過kernel設計(即核設計)，使GPU進行一維Fourier變換計算時符合warp發射條件,保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步，從而提高運行速度；在進行步驟(2 —I - 3)二維Fourier變換之前，通過原子操作，使多個線程同時訪問全局顯存或共享顯存的同一地址時保證每個線程能夠實現對共享可寫數據的互斥操作，在其中一個線程完成操作·之前，其它任何線程都無法訪問此地址，從而使訪問線程數據的速度得到提高；在進行步驟(2—1 一 4)二維Fourier逆變換之前,通過kernel設計,使GPU進行二維Fourier逆變換計算時符合warp發射條件，保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步，從而提高運行速度；在進行步驟(2 - I - 5)將計算結果寫入共享顯存之前，發送同步指令，保證同一線程塊中的所有線程都執行到同一位置，當其中任意一個線程運行到同步指令標記處後會暫停運行，直到整個線程塊中所有的線程都運行到同一位置，整個線程塊才會繼續執行下面的語句。以下為步驟(2 - I) Fourier變換與逆變換的CUDA代碼
權利要求
1.一種乳腺CT設備，包括機架、掃描發射裝置、掃描探測裝置和圖像處理裝置，掃描探測裝置的信號輸出端與圖像處理裝置相應的信號輸入端連接，其特徵在於所述乳腺CT設備還包括旋轉支架、旋轉驅動機構和座椅；旋轉支架可轉動安裝在機架上並且在旋轉驅動機構的驅動下可繞一上下走向的轉軸旋轉；掃描發射裝置和掃描探測裝置均安裝在旋轉支架上，掃描發射裝置與掃描探測裝置相對配置；座椅包括座板和靠背，掃描發射裝置和掃描探測裝置均處於座板上方，並且掃描發射裝置和掃描探測裝置分別處於座椅兩側。
2.根據權利要求I所述的乳腺CT設備，其特徵是所述機架包括基座、頂架和導向杆，頂架處於基座上方，旋轉支架可轉動安裝在頂架上，導向杆上端與頂架連接，基座上設有上下走向的導向滑槽，導向杆處於導向滑槽中並且與導向滑槽作滑動配合；基座上還設有能夠調節導向杆在導向滑槽中所處高度位置的導向杆高度調節機構。
3.根據權利要求2所述的乳腺CT設備，其特徵是所述導向杆高度調節機構包括高度調節電機、齒輪以及上下走向的齒條，齒輪可轉動安裝在底座上並且與高度調節電機的動力輸出軸傳動連接，齒條設於導向杆上並且與齒輪相嚙合。
4.根據權利要求I一 3任一項所述的乳腺CT設備，其特徵是所述座椅上設有腰部固定裝置和肩部固定裝置。
5.根據權利要求4所述的乳腺CT設備，其特徵是所述腰部固定裝置包括左腰部系帶和右腰部系帶，左腰部系帶一端連接靠背左側，右腰部系帶一端連接靠背右側，左腰部系帶上設有左連接件，右腰部系帶上設有右連接件，右連接件與左連接件相匹配，左腰部系帶通過左連接件、右連接件與右腰部系帶連接。
6.根據權利要求4所述的乳腺CT設備，其特徵是所述肩部固定裝置包括左肩固定帶和右肩固定帶；左肩固定帶下端連接靠背正面的左側，左肩固定帶上端通過尼龍搭扣與靠背背面的左側連接；右肩固定帶下端連接靠背正面的右側，右肩固定帶上端通過尼龍搭扣與靠背背面的右側連接。
7.根據權利要求I一 3任一項所述的乳腺CT設備，其特徵是所述圖像處理裝置包含有一塊或者多塊圖形處理器；掃描探測裝置將檢測到的信號經模/數轉換器轉換後輸送至圖像處理裝置進行處理；在圖像處理裝置上進行乳腺CT圖像重建的方法依次包括下述步驟 (1)數據接收與傳輸將由乳腺CT設備的掃描檢測裝置檢測到的模擬信號經模/數轉換器轉換而成的數位訊號經過系統總線傳輸到系統內存，然後根據數位訊號的數據量大小申請顯存，並把系統內存中的數位訊號傳輸到圖形處理器的顯存中； 所述數位訊號是在有限角度重建成像方式下獲得的信號； (2)按並行的有限角度重建成像算法，在圖形處理器中並行進行數據運算； 定義算子B和C，有限角度重建成像算法中GP迭代的過程為 B/ = Tf/，Cf = FT1 F 7 ①f=h ② /i+1 = Cfk + (I-CB) f ③ 其中Fourier空間的已知數據定義為/k,全部數據表示為/,F表示Fourier變換,F 1表示Fourier逆變換，T1和Tf是圖像空間和頻率空間的二值函數矩陣，I是單位矩陣；GP迭代最終以(I-Ai)11的速度收斂到/，其中，{AJ是CB的特徵值，並且(KAi < I ；在圖形處理器中並行進行的數據運算為迭代計算，迭代計算包括下述步驟(2 - I)Fourier變換與逆變換；(2 — 2)求空域與頻域的特徵值；(2 — 3)求算子B、C的特徵值； (3)利用預定條件判定步驟(2)的計算結果是否達到預期目標，如達到預期目標則執行步驟(4)，否則重新回到步驟(2)進行迭代計算； (4)圖形處理器將迭代計算的結果傳送至系統內存，進行圖像後處理。
8.根據權利要求7所述的乳腺CT設備，其特徵是步驟(I)中，在系統內存與顯存之間進行數據傳輸之前，通過下述步驟建立CUDA環境(a)下載並安裝CUDA TooKit和CUDASDK ； (b)在新建項目中包含必要的CUDA頭文件、庫文件與連結庫；(c)加載CUDA的nvcc編譯器，nvcc編譯器把CUDA的圖形處理器程序的部分轉換成PTX code，最後變成在圖形處理器可以執行的程序；(d)生成後綴名為.CU的文件。
9.根據權利要求7所述的乳腺CT設備，其特徵是 步驟(2 - I)具體包括下述步驟(2 -1-1)由圖形處理器的流處理器接收數據，也就是說，將圖形處理器的顯存所接收到的數位訊號數據分配到圖形處理器的各流處理器中；(2 — I 一 2) —維 Fourier 變換；(2 — I 一 3) 二維 Fourier 變換；(2 — I 一 4) 二維Fourier逆變換；(2 — I 一 5)將計算結果寫入共享顯存； 步驟(2 — 2)具體包括下述步驟(2 — 2 — I)初始化算子B、C，包括算子矩陣的顯存申請並賦初始值；(2 — 2 — 2)使用cublas庫函數；(2 — 2 — 3)求空域特徵值；(2 — 2 —4)求頻域特徵值；(2 — 2 — 5)將計算結果寫入共享顯存； 步驟(2 - 3)具體包括下述步驟(2 - 3 - I)讀取共享顯存變量；(2 — 3 — 2)求逆矩陣；(2 — 3 — 3)求共軛矩陣；(2 — 3 — 4)求出算子B、C的特徵值；(2 — 3 — 5)將計算結果寫入共享顯存。
10.根據權利要求9所述的乳腺CT設備，其特徵是 步驟(2 — I)中在進行步驟(2 — I — 2) 一維Fourier變換之前,通過kernel設計，使GPU進行一維Fourier變換計算時符合warp發射條件,保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步；在進行步驟(2 - I - 3)二維Fourier變換之前，通過原子操作，使多個線程同時訪問全局顯存或共享顯存的同一地址時保證每個線程能夠實現對共享可寫數據的互斥操作，在其中一個線程完成操作之前，其它任何線程都無法訪問此地址；在進行步驟(2 — I — 4)二維Fourier逆變換之前,通過kernel設計,使GPU進行二維Fourier逆變換計算時符合warp發射條件,保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步；在進行步驟(2 - I - 5)將計算結果寫入共享顯存之前，發送同步指令，保證同一線程塊中的所有線程都執行到同一位置，當其中任意一個線程運行到同步指令標記處後會暫停運行，直到整個線程塊中所有的線程都運行到同一位置，整個線程塊才會繼續執行下面的語句； 步驟(2 — 2)中在進行步驟(2 — 2 — 2)使用cublas庫函數之前,通過kernel設計，使GPU進行空域特徵值計算時符合warp發射條件,保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步；在進行步驟(2 -2-3)求空域特徵值之前，通過原子操作，使多個線程同時訪問全局顯存或共享顯存的同一地址時，保證每個線程能夠實現對共享可寫數據的互斥操作，在其中一個線程完成操作之前其它任何線程都無法訪問此地址；在進行步驟(2 - 2 - 4)求頻域特徵值之前，通過異步流操作，使得當GPU進行計算時，主機CPU線程不必等待即可進行其它計算；在進行步驟(2 - 2 - 5)將計算結果寫入共享顯存之前，發送同步指令，保證同一線程塊中的所有線程都執行到同一位置，當其中任意一個線程運行到同步指令標記處後會暫停運行，直到整個線程塊中所有的線程都運行到同一位置，整個線程塊才會繼續執行下面的語句； 步驟(2 — 3)中在進行步驟(2 - 3 - 2)求逆矩陣之前，通過kernel設計，使GPU進行逆矩陣計算時符合warp發射條件，保證從屬於同一個warp的線程間進行通信時不需要進行柵欄同步；在進行步驟(2 - 3 - 3)求共軛矩陣之前，對讀取逆矩陣計算結果的指令作出訪問優先標記，使該具有訪問優先標記的指令獲得共享顯存訪問的最高優先級；在進行步驟(2 - 3 - 4)求出算子B、C的特徵值之前，通過異步執行指令，使一個流內的計算能夠和另一個流的數據傳輸同時進行；在進行步驟(2 - 3 - 5)將計算結果寫入共享顯存之前，通過offset對齊設計，使數據對齊方式為最符合GPU計算的4位元組對齊或者8位元組對齊。
全文摘要
一種乳腺CT設備，包括機架、掃描發射裝置、掃描探測裝置和圖像處理裝置，其特徵在於所述乳腺CT設備還包括旋轉支架、旋轉驅動機構和座椅；旋轉支架可轉動安裝在機架上並且在旋轉驅動機構的驅動下可繞一上下走向的轉軸旋轉；掃描發射裝置和掃描探測裝置均安裝在旋轉支架上，掃描發射裝置與掃描探測裝置相對配置；座椅包括座板和靠背，掃描發射裝置和掃描探測裝置均處於座板上方，並且掃描發射裝置和掃描探測裝置分別處於座椅兩側。本發明佔用空間小，能夠讓患者坐著進行檢查，不再需要仰臥或者俯臥進行檢查，便於操作，定位更容易，可縮短檢查時間，且有利於提高檢測的準確性；掃描時間更少，從而使患者接受的輻射劑量更少。
文檔編號A61B6/03GK102783967SQ20121030368
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月23日 優先權日2012年8月23日
發明者李德來, 郭境峰 申請人:汕頭市超聲儀器研究所有限公司