一种基于cuda的移动式c形臂三维可视化方法
【专利摘要】一种基于CUDA的移动式C形臂三维可视化方法，属于医疗器械【技术领域】。移动式C形臂沿着轨道绕病人待检查或待治疗的部位运动，采集原始投影数据，对采集到的投影数据进行重建，得到体数据，其特征在于，步骤一：将CPU中的体数据以三维纹理的形式映射到CUDA设备内存中，根据体数据的尺寸设定CUDA中线程块的维度；步骤二：利用光线投射算法对CUDA设备内存中的数据进行计算；步骤三：计算完成后，将计算结果直接作为OpenGL的缓冲对象显示出来，完成三维可视化。其优点为：充分利用了NVIDIAGPU并行计算的能力，避免了必须先把结果由设备内存复制回主机内存，再送到OpenGL渲染的传输时间。
【专利说明】—种基于CUDA的移动式C形臂三维可视化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗器械【技术领域】。
【背景技术】
[0002]医学图像三维可视化是运用计算机图像学和图像处理技术，将获得的二维医学图像序列，在三维空间上重建出立方体的三维图像，通过人机交互，临床医生可以对图像进行旋转、缩放、移动、剖面显示等操作使图像能直观的显示人体组织的内部复杂结构，弥补医学成像设备在成像上的不足，为医生提供直观、逼真、具有真实感的三维医学图像，有效提高诊断效率，帮助医生明确诊断并指导手术。
[0003]移动式C形臂X射线机在医疗行业得到广泛应用，C形臂X射线机通过锥束CT对病人待检查或待治疗的部位进行不同角度的连续扫描采集原始投影数据，对采集到的数据进行重建，然后进行三维可视化，医学图像三维可视化是C形臂X射线机中的一个重要应用，三维可视化重要部分为体绘制，其算法有光线投射算法(Ray-casting)、错切-变形算法(Shear-warp)、频域体绘制算法(Frequency Domain)和抛雪球算法(Splatting);其中，光线投射算法最为重要和通用，CUDA (compute unified device architecture,统一计算设备架构)是NVIDIA公司在2007年推出的针对通用计算机GPU的一个全新构想，使专注于图像处理器的GPU超高计算性能在数据处理和全新的软件开发环境，抛开以前的图像API方式而直接将GPU作为计算单元来管理和进行并行计算；CUDA编程语言是针对通用计算GPU的C语言环境，应用CUDA编程可方便地实现GPU通用计算。
【发明内容】
[0004]本发明目的是:提出一种基于CUDA的移动式C形臂三维可视化方法，相比传统的GPU，可以充分利用NVIDIA GPU并行计算的能力，节省体绘制时间，提高工作效率。
[0005]本发明所采用的技术方案是:移动式C形臂沿着轨道绕病人待检查或待治疗的部位运动，采集原始投影数据，采集完成后对采集到的投影数据进行重建，重建后得到体数据，其主要特征在于:
步骤1:将CPU中的体数据以三维纹理的形式映射到CUDA设备内存(device memory)中，根据体数据的尺寸512*512*512，设定CUDA中线程块的维度为16*16，即每个线程块中包含256个并行执行的线程。
[0006]步骤2:利用光线投射算法对CUDA设备内存中的数据进行计算。
[0007]步骤3:计算完成后,将计算结果直接作为OpenGL的缓冲对象(buffer object)显示出来，完成三维可视化。
[0008]本发明的有益效果是:本发明对C形臂图像工作站处理后的体数据以三维纹理的形式映射到CUDA的设备内存，然后进行光线投射算法，将计算结果直接作为OpenGL的缓冲对象显示出来，充分利用了 NVIDIA GPU并行计算的能力，而且避免了必须先把结果由设备内存(device memory)复制回主机内存(host memory),再送到OpenGL渲染的传输时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明的移动式C形臂三维可视化方法的工作流程图。
【具体实施方式】
[0010]参照附图，移动式C形臂沿着轨道绕病人待检查或待治疗的部位运动，采集原始投影数据，采集完成后对采集到的投影数据进行重建，重建后得到体数据，其主要特征在于，
步骤1:将CPU中的体数据以三维纹理的形式映射到CUDA设备内存(device memory)中，根据体数据的尺寸512*512*512，设定CUDA中线程块的维度为16*16，即每个线程块中包含256个并行执行的线程。
[0011]步骤2:光线投射算法对CUDA设备内存中的数据进行计算。
[0012]步骤3:计算完成后,将计算结果直接作为OpenGL的缓冲对象(Buffer Object)显示出来，完成三维可视化。
[0013]所述的步骤2中，利用光线投射算法首先计算包围盒，确定应该计算的有效光线，减少不必要的计算量，其次确定光线的起始坐标与方向，在内核函数中对一条光线上的体数据进行采样，光照等计算得到最终图像上的每个像素的颜色值。
【权利要求】
1.一种基于CUDA的移动式C形臂三维可视化方法，移动式C形臂沿着轨道绕病人待检查或待治疗的部位运动，采集原始投影数据，采集完成后对采集到的投影数据进行重建，重建后得到体数据，其特征在于， 步骤1:将CPU中的体数据以三维纹理的形式映射到CUDA设备内存(device memory)中，根据体数据的尺寸512*512*512，设定CUDA中线程块的维度为16*16，即每个线程块中包含256个并行执行的线程； 步骤2:利用光线投射算法对CUDA设备内存中的数据进行计算； 步骤3:计算完成后,将计算结果直接作为OpenGL的缓冲对象(Buffer Object)显示出来，完成三维可视化。
2.根据权利要求1所述的一种基于CUDA的移动式C形臂三维可视化方法，其特征在于，所述步骤2中，利用光线投射算法首先计算包围盒，确定应该计算的有效光线，减少不必要的计算量，其次确定光线的起始坐标与方向，在内核函数中对一条光线上的体数据进行采样，光照等计算得到最终图像上的每个像素的颜色值。
【文档编号】G06T15/00GK104299254SQ201310304376
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2013年7月19日
【发明者】李劲生, 邹淑春 申请人:南京普爱射线影像设备有限公司