Агоритми та засоби виконання реконструкції та візуалізації зображень

В комп’ютерних томоґрафах використовуються такі обчислювальні алґоритми: зворотнього проектування, інтерполяції, цифрової фільтрації (згортка одновимірна і двовимірна, пряме і обернене одно- і двовимірне ШПФ), відображення дво- і тривимірних структур. Для реалізації цих алґоритмів використовуються такі апаратні засоби (спецпроцесори): згортки, ШПФ, зворотнього проектування та графічні процесори з можливістю відображення напівтонових тривимірних сцен, масштабування та швидкого панорамування (скролінґу) зображення й інші.

Схема отримання проекційних даних та їх обробки в томоґрафі показана на рис. 10.7 [1].

Рис. 10.7 Схема структури томографа (Gantry — гантрі, Memory — пам’ять, Array Processor — матричний процесор, CPU Board — плата центрального процесора, Digital Laser Interface Board — плата цифрового лазерного інтерфейсу, Display Board — плата дисплею, Console — пульт, Peripheral Bus — шина периферії, Digital Laser Camera — цифрова лазерна камера.

Дискретизацію даних разом з їх попередньою фільтрацією здійснюється в процесі відбору даних скануючою системою. Параметри дискретизації реалізуються кількістю детекторів, швидкістю обертання джерела Х-випромінювання та електронною схемою відбору і комутації для томоґрафів 4-го та 5-го поколінь. Передфільтрація, потрібна для уникнення явища накладання (alising — англ.) шляхом обмеження спектру сиґналу при дискретизації (), здійснюється апаратно за рахунок апертури самого детектора.

Спочатку виконується попередня фільтрація та дискретизація даних з детектора випромінювання. Дискретизація відбувається або механічно (переміщенням детектора), або електронним шляхом (комутуванням детекторів). В Х-променевих томоґрафах виконується нелінійне (експоненціальне) перетворення виміряних даних, перетворені дані записуються в оперативну пам’ять (ОЗУ). Реконструкція методом зворотнього проектування згорткою передбачає послідовне проведення одновимірної згортки отриманих проекцій та зворотнього проектування. Після відображення реконструйованого зображення на екрані дисплея лікар може змінити параметри алґоритму реконструкції (наприклад, параметр реґуляризації a) з консолі (пульта). При цьому змінюється характеристика фільтра W _a, що використовується для згортки. Просторова характеристика фільтра згортки є результатом зворотнього перетворення Фур’є (алґоритм ШПФ) від реґуляризованої частотної характеристики фільтра.

Завдяки використанню паралельних та конвеєрних алґоритмів обчислень, спеціалізованих процесорів згортки, ШПФ, ґрафічних спецпроцесорів, спеціально розроблених для виконання операцій, необхідних при реконструкції, досягається така швидкість реконструкції, що реконструкція зображення розміром 1024 на 1024 елементи відбувається менш ніж за 1 сек.