FPGA加速三维CT图像重建

通过优化，在XC5VLX330 FPGA内部可以并行14条反投影流水线，相比优化以前，流水线数增加1倍。

3 实验结果与分析

通过编写Verilog语言程序，在XC5VLX330 FPGA上进行综合仿真，采取14条并行反投影流水线对Shepp-Logan标准体模进行重建，得到图6所示结果。

图6(a)为CPU重建图像的一个切片，图6(b)为FPGA加速重建的图像切片，图6(c)，图6(d)分别为图6(a)，图6(b)切片图像中心横线的统计图，从图中可以看出FPGA加速重建结果的精度达到要求。表2给出FPGA与CPU对不同规模数据进行重建时速度对比，计算机CPU为Inter Xeon E5430 2.66 GB，内存为16 GB。

可以看出，通过FPGA加速FDK算法中的反投影过程加速比达到了115，具有显著效果。获得加速比的原因由FPGA的体系结构所决定，其基于数据流的处理方式脱离了指令的操作，保证每一个时钟周期都是用来计算。当采取多条流水线并行处理时，加速比进一步提高，加速比与在FPGA内并行流水线数目成正比。
本文在FPGA上实现了对三维CT重建过程的加速。针对FDK算法中计算复杂度最高的反投影过程，通过双组奇偶双口RAM的缓存结构实现了无等待流水线，达到每一个时钟周期可更新一个重建点的速度。另外通过优化电路设计降低了单条流水线的资源占有率，在XC5VLX330上实现了14条流水线的并行处理，在保证重建图像质量的同时，取得了115倍的加速比。在利用FPGA实现CT重建加速时，影响加速效果的主要因素是FPGA内部资源利用率以及数据传输效率，随着未来FPGA以及存储器技术的发展，FPGA可以实现更快的CT重建速度。