CN102783967B - 一种乳腺ct设备 - Google Patents

Abstract

一种乳腺CT设备，包括机架、扫描发射装置、扫描探测装置和图像处理装置，其特征在于：所述乳腺CT设备还包括旋转支架、旋转驱动机构和座椅；旋转支架可转动安装在机架上并且在旋转驱动机构的驱动下可绕一上下走向的转轴旋转；扫描发射装置和扫描探测装置均安装在旋转支架上，扫描发射装置与扫描探测装置相对配置；座椅包括座板和靠背，扫描发射装置和扫描探测装置均处于座板上方，并且扫描发射装置和扫描探测装置分别处于座椅两侧。本发明占用空间小，能够让患者坐着进行检查，不再需要仰卧或者俯卧进行检查，便于操作，定位更容易，可缩短检查时间，且有利于提高检测的准确性；扫描时间更少，从而使患者接受的辐射剂量更少。

Description

一种乳腺CT设备

技术领域

本发明涉及医疗影像设备，具体地说，涉及一种乳腺CT设备。

背景技术

乳腺疾病是妇女的常见疾病，特别是乳腺癌在女性恶性肿瘤中的发病率占第一位，对女性的健康具有极大的威胁。传统的CT设备在进行乳腺检查时，大都采用让患者躺于扫描床进行全身或者局部检查的方式，这种方式不但需要花费较多的时间进行定位，不便于操作，而且需要患者较高的配合度，容易导致重组后的图像出现伪像，影响检测的准确性。另外，现有CT成像系统大多在CPU上进行图像重建运算，需花费较多时间进行计算，一方面降低医生的工作效率，另一方面延长了患者等待检查结果的时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够让患者坐着进行检查的乳腺CT设备。采用的技术方案如下：

一种乳腺CT设备，包括机架、扫描发射装置、扫描探测装置和图像处理装置，扫描探测装置的信号输出端与图像处理装置相应的信号输入端连接，其特征在于：所述乳腺CT设备还包括旋转支架、旋转驱动机构和座椅；旋转支架可转动安装在机架上并且在旋转驱动机构的驱动下可绕一上下走向的转轴旋转；扫描发射装置和扫描探测装置均安装在旋转支架上，扫描发射装置与扫描探测装置相对配置；座椅包括座板和靠背，扫描发射装置和扫描探测装置均处于座板上方，并且扫描发射装置和扫描探测装置分别处于座椅两侧。

上述乳腺CT设备中，座板在水平面上的正投影处于扫描发射装置在水平面上的正投影与扫描探测装置在水平面上的正投影之间。当患者坐在座椅上进行检查时，其被检查的部位（即乳腺）处于扫描发射装置与扫描探测装置之间，扫描发射装置发射的X射线穿透患者胸部，衰减后被扫描探测装置检测吸收。

为了更好的适应不同身高的患者，使患者被检查的部位（即乳腺）与扫描发射装置、扫描探测装置位置相对应，优选上述机架包括基座、顶架和导向杆，顶架处于基座上方，旋转支架可转动安装在顶架上，导向杆上端与顶架连接，基座上设有上下走向的导向滑槽，导向杆处于导向滑槽中并且与导向滑槽作滑动配合；基座上还设有能够调节导向杆在导向滑槽中所处高度位置的导向杆高度调节机构。进行检查时，在患者坐在座椅上之后，通过导向杆高度调节机构调节导向杆在导向滑槽中所处的高度位置，从而调节顶架及旋转支架的高度，使扫描发射装置和扫描探测装置处于合适的高度位置；另外，在检查的过程中，可通过导向杆高度调节机构驱动扫描发射装置和扫描探测装置上下移动。一具体方案中，上述导向杆高度调节机构包括高度调节电机、齿轮以及上下走向的齿条，齿轮可转动安装在底座上并且与高度调节电机的动力输出轴传动连接，齿条设于导向杆上并且与齿轮相啮合，高度调节电机驱动齿轮转动时，可驱动齿条升降，从而使导向杆在导向滑槽中相应的升降。导向杆高度调节机构也可采用其他结构，例如：采用相互啮合的螺杆和螺母，其中螺杆可转动安装在基座上并且与一高度调节电机的动力输出轴传动连接，螺母固定安装在顶架上；或者螺母可转动安装在基座上并且与一高度调节电机的动力输出轴传动连接，螺杆固定安装在顶架上。

优选上述座椅上设有腰部固定装置和肩部固定装置。患者坐于座椅上后，利用腰部固定装置将患者腰部固定在座椅上，并且利用肩部固定装置将患者的双肩固定在座椅上，从而将患者的上身固定在座椅上，以防止检查过程中患者上身错位而影响检查结果的准确性。通常，腰部固定装置和肩部固定装置均安装在座椅的靠背上。

一具体方案中，上述腰部固定装置包括左腰部系带和右腰部系带，左腰部系带一端连接靠背左侧，右腰部系带一端连接靠背右侧，左腰部系带上设有左连接件，右腰部系带上设有右连接件，右连接件与左连接件相匹配，左腰部系带通过左连接件、右连接件与右腰部系带连接。通过右连接件与左连接件的配合，使右腰部系带与左腰部系带连接，形成完整的腰部固定带，将患者腰部固定在座椅上。上述左连接件、右连接件可采用常见的连接件。例如，上述左连接件、右连接件可以是相互配合的搭扣凸条和搭扣凹条（搭扣凸条和搭扣凹条构成尼龙搭扣），可以左连接件是搭扣凸条而右连接件是搭扣凹条，也可以左连接件是搭扣凹条而右连接件是搭扣凸条。又如，上述左连接件、右连接件可以是相互配合的一对卡接件，其中左连接件包括插片，插片上设有卡接孔，右连接件包括插槽，插槽与插片相匹配，插槽内设有与卡接孔相配合的卡簧片；左连接件在左腰部系带上的位置可调，或者右连接件在右腰部系带上的位置可调，从而使右连接件与左连接件相扣合后所形成的腰部固定带的长度可调，以适应不同腰围尺寸的患者。

一具体方案中，上述肩部固定装置包括左肩固定带和右肩固定带；左肩固定带下端连接靠背正面的左侧，左肩固定带上端通过尼龙搭扣与靠背背面的左侧连接；右肩固定带下端连接靠背正面的右侧，右肩固定带上端通过尼龙搭扣与靠背背面的右侧连接。尼龙搭扣包括相互配合的搭扣凸条和搭扣凹条；在靠背左侧，可以在左肩固定带上端设置搭扣凸条而在靠背背面的左侧设置搭扣凹条，也可以左肩固定带上端设置搭扣凹条而在靠背背面的左侧设置搭扣凸条；在靠背右侧，可以在右肩固定带上端设置搭扣凸条而在靠背背面的右侧设置搭扣凹条，也可以右肩固定带上端设置搭扣凹条而在靠背背面的右侧设置搭扣凸条。设置在靠背背面的左侧的搭扣凹条或搭扣凸条为上下走向，设置在左肩固定带上端的搭扣凸条或搭扣凹条沿左肩固定带的长度方向延伸；同样，设置在靠背背面的右侧的搭扣凹条或搭扣凸条为上下走向，设置在右肩固定带上端的搭扣凸条或搭扣凹条沿右肩固定带的长度方向延伸，这样，搭扣凹条与对应的搭扣凸条的不同部位连接，可适应不同身材的患者。

上述座椅可以是位置固定的座椅，也可以是可升降的座椅。一种方案中，上述机架上设有上下走向的座椅导轨，座椅导轨上安装有升降座，机架上设有能够驱动升降座沿座椅导轨上下移动的升降驱动机构，座椅固定安装在升降座上。一具体方案中，上述升降驱动机构包括升降驱动伺服电机、螺杆和螺母，螺杆可转动安装在机架上并且与升降驱动伺服电机的动力输出轴传动连接，螺母固定安装在升降座上，螺母与螺杆相啮合，乳腺CT设备的控制电路发送控制信号至升降驱动伺服电机，升降驱动伺服电机驱动螺杆转动，螺杆通过螺母带动升降座及座椅上升或下降。升降驱动伺服电机的动力输出轴与螺杆之间的传动机构可采用齿轮组、同步带、链传动等。上述升降驱动机构也可采用其他结构，如齿轮/齿条配合的机构，其中齿条平行于座椅导轨并且与升降座固定连接，齿轮可转动安装在机架上并且升降驱动伺服电机的动力输出轴传动连接，齿轮与齿条啮合。

扫描发射装置一般包括X线管、楔形滤线器和准直器， X线管发射出的X射线经过楔形滤线器的过滤和准直器的校正后，向患者被检查的部位（即乳腺）发射。X线管由高压发生器驱动，当高压发生器产生的高压加到X线管的正、负极时，X线管就会发射X射线；X线管发射的X射线首先通过楔形滤线器；X线通过楔形滤线器后，接着通过准直器，其形状是中间薄、边缘厚，用以补偿一般被扫描物体（如乳腺）中间厚、边缘薄的现象；每一束X射线以一定的角度和位置穿过被测体进入扫描探测装置，被扫描物体的每一点都受到大量X射线的影响。

扫描探测装置将检测到的信号输送至图像处理装置进行处理，形成图像；图像处理装置形成的图像可通过显示装置显示。扫描探测装置输出的信号为模拟信号，图像处理装置中的数/模转换器把模拟信号转换成数字信号后，再进行运算处理。优选图像处理装置包含有一块或者多块图形处理器（简称GPU），利用GPU可编程的特点和高速并行运算的机制，在GPU上进行图像重建运算，快速处理接收到的数字信号，得到图像数据，可非常大的提升计算速度，使图像显示更快速、准确，同时节约出时间进行更多的图像后处理，提高图像显示效果，使图像显示更清晰，更利于疾病的检测。

优选在图像处理装置上进行乳腺CT图像重建的方法依次包括下述步骤：

（1）数据接收与传输：将由乳腺CT设备的扫描检测装置检测到的模拟信号经模/数转换器（A/D）转换而成的数字信号经过系统总线传输到系统内存，然后根据数字信号的数据量大小申请显存，并把系统内存中的数字信号传输到图形处理器的显存中；

上述数字信号是在有限角度重建成像方式下获得的信号。

通常，对系统内存中的数字信号依次进行数据预测（即利用级比生成的方法预测出其相邻部分的投影数据信息）、FIR低通滤波等处理后，再根据数字信号的数据量大小申请显存，并把数据通过PCIEx16接口传输到图形处理器的显存中。

本发明优先采用NVidia公司推出的CUDA（Compute Unified Device Architecture）架构编写程序，首先对图形处理器进行初始化，检测当前图形处理器和图形处理器驱动是否符合CUDA运行的需求。并且，在系统内存与显存之间进行数据传输之前，通过下述步骤建立CUDA环境：（a）下载并安装CUDA TooKit 和 CUDA SDK；（b）在新建项目中包含必要的CUDA 头文件、库文件与链接库；（c）加载CUDA的nvcc编译器，nvcc 编译器会把 CUDA 的图形处理器程序的部分转换成 PTX code，最后变成在图形处理器可以执行的程序；（d）生成后缀名为.cu 的文件，这样，在编译的时候，就会把后缀名为 .cu 的文件丢给 CUDA 的 nvcc编译器进行编译，其它文件则仍然由VC编译器进行编译。

（2）按并行的有限角度重建成像算法，在图形处理器中并行进行数据运算；

有限角度重建成像算法的基本思路是迭代，有限角度成像的数据在Fourier 空间为有限频带，因此可以用GP算法来恢复缺失的数据。

定义算子B和C，有限角度重建成像算法中GP迭代的过程为：

Bƒ = T_Fƒ , Cƒ = FT_I F⁻¹ƒ ①

ƒ⁰ = ƒ_k ②

ƒⁱ⁺¹ = Cƒ_k + (I-CB) ƒⁱ ③

其中Fourier空间的已知数据定义为ƒ_k，全部数据表示为ƒ，F 表示Fourier变换，F⁻¹表示Fourier逆变换，T_I和T_F是图像空间和频率空间的二值函数矩阵，I 是单位矩阵。

GP 迭代最终以(1-λ_i)ⁿ 的速度收敛到ƒ ，其中，{λ_i} 是CB的特征值，并且0<λ_i < 1。

在图形处理器中并行进行的数据运算为迭代计算，迭代计算包括下述步骤：（2－1）Fourier变换与逆变换；（2－2）求空域与频域的特征值；（2－3）求算子B、C的特征值。其中：

上述步骤（2－1）具体包括下述步骤：（2－1－1）图形处理器的各流处理器接收数据，也就是说，将图形处理器的显存所接收到的数字信号数据分配到图形处理器的各流处理器中；（2－1－2）一维Fourier变换；（2－1－3）二维Fourier变换；（2－1－4）二维Fourier逆变换；（2－1－5）将计算结果写入共享显存。

步骤（2－1）中：在进行步骤（2－1－2）一维Fourier变换之前，通过kernel设计（即核设计），使GPU进行一维Fourier变换计算时符合warp发射条件，保证从属于同一个warp的线程间进行通信时不需要进行栅栏同步，从而提高运行速度；在进行步骤（2－1－3）二维Fourier变换之前，通过原子操作，使多个线程同时访问全局显存或共享显存的同一地址时保证每个线程能够实现对共享可写数据的互斥操作，在其中一个线程完成操作之前，其它任何线程都无法访问此地址，从而使访问线程数据的速度得到提高；在进行步骤（2－1－4）二维Fourier逆变换之前，通过kernel设计，使GPU进行二维Fourier逆变换计算时符合warp发射条件，保证从属于同一个warp的线程间进行通信时不需要进行栅栏同步，从而提高运行速度；在进行步骤（2－1－5）将计算结果写入共享显存之前，发送同步指令，保证同一线程块中的所有线程都执行到同一位置，当其中任意一个线程运行到同步指令标记处后会暂停运行，直到整个线程块中所有的线程都运行到同一位置，整个线程块才会继续执行下面的语句。

上述步骤（2－2）具体包括下述步骤：（2－2－1）初始化算子B、C，包括算子矩阵的显存申请并赋初始值，避免空指针；（2－2－2）使用cublas库函数；（2－2－3）求空域特征值；（2－2－4）求频域特征值；（2－2－5）将计算结果写入共享显存。

步骤（2－2）中：在进行步骤（2－2－2）使用cublas库函数之前，通过kernel 设计，使GPU进行空域特征值计算时符合warp发射条件，保证从属于同一个warp的线程间进行通信时不需要进行栅栏同步，从而提高运行速度；在进行步骤（2－2－3）求空域特征值之前，通过原子操作，使多个线程同时访问全局显存或共享显存的同一地址时，保证每个线程能够实现对共享可写数据的互斥操作，在其中一个线程完成操作之前其它任何线程都无法访问此地址，从而使访问线程数据的速度得到提高；在进行步骤（2－2－4）求频域特征值之前，通过异步流操作，使得当GPU进行计算时，主机CPU线程不必等待即可进行其它计算，从而使CPU与GPU同时进行工作，提高资源利用率；在进行步骤（2－2－5）将计算结果写入共享显存之前，发送同步指令，保证同一线程块中的所有线程都执行到同一位置，当其中任意一个线程运行到同步指令标记处后会暂停运行，直到整个线程块中所有的线程都运行到同一位置，整个线程块才会继续执行下面的语句。

上述步骤（2－3）具体包括下述步骤：（2－3－1）读取共享显存变量，即读取步骤（2－2）计算完成后写入共享显存的变量；（2－3－2）求逆矩阵；（2－3－3）求共轭矩阵；（2－3－4）求出算子B、C的特征值；（2－3－5）将计算结果写入共享显存。

步骤（2－3）中：在进行步骤（2－3－2）求逆矩阵之前，通过kernel设计，使GPU进行逆矩阵计算时符合warp发射条件，保证从属于同一个warp的线程间进行通信时不需要进行栅栏同步，从而提高运行速度；在进行步骤（2－3－3）求共轭矩阵之前，对读取逆矩阵计算结果的指令作出访问优先标记， 使该具有访问优先标记的指令（即读取逆矩阵计算结果的指令）获得共享显存访问的最高优先级，保证能最快的获得所需数据而不需等待；在进行步骤（2－3－4）求出算子B、C的特征值之前，通过异步执行指令，使一个流内的计算能够和另一个流的数据传输同时进行，提高资源利用率；在进行步骤（2－3－5）将计算结果写入共享显存之前，通过offset对齐设计， 使数据对齐方式为最符合GPU计算的4字节对齐或者8字节对齐。

图形处理器的运算机制为并行运算机制，适合大量具有相同计算的数据运算，也就是说，可以把图形处理器想像成有多个（可多达几十到几百个）流处理器的CPU，它们可以同时进行运算。设计CUDA算法的目标是把具有相同计算的数据分别送到不同的流处理器进行运算，以节约运算时间。

（3）利用预定条件判定步骤（2）的计算结果是否达到预期目标，如达到预期目标则执行步骤（4），否则重新回到步骤（2）进行迭代计算。

（4）图形处理器将迭代计算的结果传送至系统内存，进行图像后处理。

图像后处理可包括对数压缩、开窗等，经图像后处理后输出并显示。

本发明与现有技术相比较，具有如下有益效果：结构简单可靠，占用空间小，制造成本较低；能够让患者坐着进行检查，不再需要仰卧或者俯卧进行检查，便于操作，定位更容易，可缩短检查时间，且有利于提高检测的准确性；扫描时间更少，从而使患者接受的辐射剂量比普通CT机更少，减少患者的痛苦。

附图说明

图1是本发明一优选实施例的结构示意图；

图2是图1所示乳腺CT设备中导向杆高度调节机构的结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图1中座椅的右视图（其中左肩固定带处于连接状态）；

图5是本发明优选实施例乳腺CT图像重建方法的总体流程图；

图6是步骤（1）数据接收与传输的流程图；

图7是图形处理器并行运算机制的示意图；

图8是步骤（2－1）Fourier变换与逆变换的流程图；

图9是步骤（2－2）求空域与频域的特征值的流程图；

图10是步骤（2－3）求算子B、C的特征值的流程图。

具体实施方式

如图1－图4所示，这种乳腺CT设备包括机架1、扫描发射装置2、扫描探测装置3、图像处理装置、旋转支架4、旋转驱动机构和座椅5。

旋转支架4可转动安装在机架1上并且在旋转驱动机构的驱动下可绕一上下走向的转轴6旋转（旋转驱动机构通常采用旋转电机作为动力源，旋转电机的动力输出轴与转轴6传动连接），本实施例中，机架1包括基座7、顶架8和导向杆9，顶架8处于基座7上方，旋转支架4可转动安装在顶架8上，导向杆9上端与顶架8连接，基座7上设有上下走向的导向滑槽10，导向杆9处于导向滑槽10中并且与导向滑槽10作滑动配合；基座7上还设有能够调节导向杆9在导向滑槽10中所处高度位置的导向杆高度调节机构；参考图3和图4，导向杆高度调节机构包括高度调节电机、齿轮11以及上下走向的齿条12，齿轮11可转动安装在底座7上并且与高度调节电机的动力输出轴传动连接，齿条12设于导向杆9上并且与齿轮11相啮合，高度调节电机驱动齿轮11转动时，可驱动齿条12升降，从而使导向杆9在导向滑槽10中相应的升降。导向杆高度调节机构也可采用其他结构，例如：采用相互啮合的螺杆和螺母，其中螺杆可转动安装在基座上并且与一高度调节电机的动力输出轴传动连接，螺母固定安装在顶架上；或者螺母可转动安装在基座上并且与一高度调节电机的动力输出轴传动连接，螺杆固定安装在顶架上。

座椅5包括座板51和靠背52，扫描发射装置2和扫描探测装置3均处于座板51上方，并且扫描发射装置2和扫描探测装置3分别处于座椅5两侧（座板5在水平面上的正投影处于扫描发射装置2在水平面上的正投影与扫描探测装置3在水平面上的正投影之间）。

座椅5上设有腰部固定装置和肩部固定装置，腰部固定装置和肩部固定装置均安装在座椅5的靠背52上。

本实施例中，腰部固定装置包括左腰部系带53和右腰部系带54，左腰部系带53一端连接靠背52左侧，右腰部系带54一端连接靠背52右侧，左腰部系带53上设有左连接件55，右腰部系带54上设有右连接件56，右连接件56与左连接件55相匹配，左腰部系带53通过左连接件55、右连接件56与右腰部系带54连接。通过右连接件56与左连接件55的配合，使右腰部系带54与左腰部系带53连接，形成完整的腰部固定带，将患者腰部固定在座椅5上。本实施例中左连接件55、右连接件56是相互配合的搭扣凸条和搭扣凹条（搭扣凸条和搭扣凹条构成尼龙搭扣），可以左连接件55是搭扣凸条而右连接件56是搭扣凹条，也可以左连接件55是搭扣凹条而右连接件56是搭扣凸条。其他实施方案中，左连接件、右连接件也可以是相互配合的一对卡接件，其中左连接件包括插片，插片上设有卡接孔，右连接件包括插槽，插槽与插片相匹配，插槽内设有与卡接孔相配合的卡簧片；左连接件在左腰部系带上的位置可调，或者右连接件在右腰部系带上的位置可调，从而使右连接件与左连接件相扣合后所形成的腰部固定带的长度可调，以适应不同腰围尺寸的患者。

本实施例中，肩部固定装置包括左肩固定带57和右肩固定带58；左肩固定带57下端连接靠背52正面的左侧，左肩固定带57上端通过尼龙搭扣（该尼龙搭扣包括相互配合的搭扣凸条59和搭扣凹条510）与靠背52背面的左侧连接；右肩固定带58下端连接靠背52正面的右侧，右肩固定带58上端通过尼龙搭扣（该尼龙搭扣包括相互配合的搭扣凸条和搭扣凹条）与靠背52背面的右侧连接。在靠背52左侧，在左肩固定带57上端设置搭扣凸条59而在靠背52背面的左侧设置搭扣凹条510（也可以左肩固定带上端设置搭扣凹条而在靠背背面的左侧设置搭扣凸条）；设置在靠背52背面的左侧的搭扣凹条510为上下走向，设置在左肩固定带57上端的搭扣凸条59沿左肩固定带57的长度方向延伸。右肩固定带58的具体设置与左肩固定带57相类似，在靠背52右侧，在右肩固定带58上端设置搭扣凸条而在靠背52背面的右侧设置相应的搭扣凹条（也可以右肩固定带上端设置搭扣凹条而在靠背背面的右侧设置搭扣凸条）；设置在靠背52背面的右侧的搭扣凹条为上下走向，设置在右肩固定带58上端的搭扣凸条沿右肩固定带的长度方向延伸。

本实施例中座椅5是位置固定的座椅，在检查过程中座椅5高度位置保持不变。

扫描发射装置2和扫描探测装置3均安装在旋转支架4上，扫描发射装置2与扫描探测装置3相对配置（扫描发射装置2中的X线管和扫描探测装置3中相应的探测器必须准确地对准到与扫描平面相平行的程度）；扫描探测装置3的信号输出端与图像处理装置相应的信号输入端连接。扫描发射装置2一般包括X线管、楔形滤线器和准直器， X线管发射出的X射线经过楔形滤线器的过滤和准直器的校正后，向患者被检查的部位（即乳腺）发射。X线管由高压发生器驱动，当高压发生器产生的高压加到X线管的正、负极时，X线管就会发射X射线；X线管发射的X射线首先通过楔形滤线器；X线通过楔形滤线器后，接着通过准直器，其形状是中间薄、边缘厚，用以补偿一般被扫描物体（如乳腺）中间厚、边缘薄的现象；每一束X射线以一定的角度和位置穿过被测体进入扫描探测装置3，被扫描物体的每一点都受到大量X射线的影响。

进行检查时，在患者坐在座椅5上之后，利用腰部固定装置将患者腰部固定在座椅5上，并且利用肩部固定装置将患者的双肩固定在座椅5上，从而将患者的上身固定在座椅5上；通过导向杆高度调节机构调节导向杆9在导向滑槽10中所处的高度位置，从而调节顶架8及旋转支架4的高度，使扫描发射装置2和扫描探测装置3处于合适的高度位置，患者被检查的部位（即乳腺）处于扫描发射装置2与扫描探测装置3之间。随后，在旋转驱动机构的驱动下，旋转支架4从起始位置进入旋转状态；在旋转支架4以恒速旋转过程中，旋转支架4每转动一定角度（如0.6°）产生一个脉冲，每一个脉冲激发一次高压发生器，使扫描发射装置2中的X线管发射X线，产生1个测量剖面；每一束X射线以一定的角度和位置穿过被测体（即乳腺），被测体（即乳腺）的每一点都受到大量X射线的影响，X射线衰减后进入扫描探测装置3，被扫描探测装置3检测吸收。

扫描探测装置3将检测到的信号输送至图像处理装置进行处理，形成图像；图像处理装置形成的图像可通过显示装置显示。扫描探测装置3输出的信号为模拟信号，图像处理装置中的数/模转换器把模拟信号转换成数字信号后，再进行运算处理。图像处理装置包含有一块或者多块GPU，利用GPU可编程的特点和高速并行运算的机制，在GPU上进行图像重建运算。

在图像处理装置上进行乳腺CT图像重建的方法如下：

参考图5，这种基于图形处理器的乳腺CT图像重建方法依次包括下述步骤：

（1）数据接收与传输：将由乳腺CT设备的扫描检测装置检测到的模拟信号经模/数转换器（A/D）转换而成的数字信号（该数字信号是在有限角度重建成像方式下获得的信号），经过系统总线传输到系统内存，然后根据数字信号的数据量大小申请显存，并把系统内存中的数字信号传输到图形处理器的显存中。参考图6，本实施例中，数字信号传输到系统内存后，对系统内存中的数字信号依次进行数据预测（即利用级比生成的方法预测出其相邻部分的投影数据信息）、FIR低通滤波等处理后，再根据数字信号的数据量大小申请显存，并把数据通过PCIEx16接口传输到图形处理器的显存中。

本实施例采用NVidia公司推出的CUDA（Compute Unified Device Architecture）架构编写程序，首先对图形处理器进行初始化，检测当前图形处理器和图形处理器驱动是否符合CUDA运行的需求。并且，在系统内存与显存之间进行数据传输之前，通过下述步骤建立CUDA环境：（a）下载并安装CUDA TooKit 和 CUDA SDK；（b）在新建项目中包含必要的CUDA 头文件、库文件与链接库；（c）加载CUDA的nvcc编译器，nvcc 编译器会把 CUDA 的图形处理器程序的部分转换成 PTX code，最后变成在图形处理器可以执行的程序；（d）生成后缀名为.cu 的文件，这样，在编译的时候，就会把后缀名为 .cu 的文件丢给 CUDA 的 nvcc编译器进行编译，其它文件则仍然由VC编译器进行编译。

以下为数据在内存与显存间交换的CUDA代码：

（2）按并行的有限角度重建成像算法，在图形处理器中并行进行数据运算；

定义算子B和C，有限角度重建成像算法中GP迭代的过程为：

Bƒ = T_Fƒ , Cƒ = FT_I F⁻¹ƒ ①

ƒ⁰ = ƒ_k ②

ƒⁱ⁺¹ = Cƒ_k + (I-CB) ƒⁱ ③

其中Fourier空间的已知数据定义为ƒ_k，全部数据表示为ƒ，F 表示Fourier变换，F⁻¹表示Fourier逆变换，T_I和T_F是图像空间和频率空间的二值函数矩阵，I 是单位矩阵。

GP 迭代最终以(1-λ_i)ⁿ 的速度收敛到ƒ ，其中，{λ_i} 是CB的特征值，并且0<λ_i < 1。

参考图5，在图形处理器中并行进行的数据运算为迭代计算，迭代计算包括下述步骤：（2－1）Fourier变换与逆变换；（2－2）求空域与频域的特征值；（2－3）求算子B、C的特征值。其中：

参考图8，步骤（2－1）（Fourier变换与逆变换）具体包括下述步骤：（2－1－1）由图形处理器的流处理器接收数据，也就是说，将图形处理器的显存所接收到的数字信号数据分配到图形处理器的各流处理器中；（2－1－2）一维Fourier变换；（2－1－3）二维Fourier变换；（2－1－4）二维Fourier逆变换；（2－1－5）将计算结果写入共享显存。

步骤（2－1）中：在进行步骤（2－1－2）一维Fourier变换之前，通过kernel设计（即核设计），使GPU进行一维Fourier变换计算时符合warp发射条件，保证从属于同一个warp的线程间进行通信时不需要进行栅栏同步，从而提高运行速度；在进行步骤（2－1－3）二维Fourier变换之前，通过原子操作，使多个线程同时访问全局显存或共享显存的同一地址时保证每个线程能够实现对共享可写数据的互斥操作，在其中一个线程完成操作之前，其它任何线程都无法访问此地址，从而使访问线程数据的速度得到提高；在进行步骤（2－1－4）二维Fourier逆变换之前，通过kernel设计，使GPU进行二维Fourier逆变换计算时符合warp发射条件，保证从属于同一个warp的线程间进行通信时不需要进行栅栏同步，从而提高运行速度；在进行步骤（2－1－5）将计算结果写入共享显存之前，发送同步指令，保证同一线程块中的所有线程都执行到同一位置，当其中任意一个线程运行到同步指令标记处后会暂停运行，直到整个线程块中所有的线程都运行到同一位置，整个线程块才会继续执行下面的语句。

以下为步骤（2－1）Fourier变换与逆变换的CUDA代码：

参考图9，步骤（2－2）（求空域与频域的特征值）具体包括下述步骤：（2－2－1）初始化算子B、C，包括算子矩阵的显存申请并赋初始值；（2－2－2）使用cublas库函数；（2－2－3）求空域特征值；（2－2－4）求频域特征值；（2－2－5）将计算结果写入共享显存。

步骤（2－2）中：在进行步骤（2－2－2）使用cublas库函数之前，通过kernel设计，使GPU进行空域特征值计算时符合warp发射条件，保证从属于同一个warp的线程间进行通信时不需要进行栅栏同步，从而提高运行速度；在进行步骤（2－2－3）求空域特征值之前，通过原子操作，使多个线程同时访问全局显存或共享显存的同一地址时，保证每个线程能够实现对共享可写数据的互斥操作，在其中一个线程完成操作之前其它任何线程都无法访问此地址，从而使访问线程数据的速度得到提高；在进行步骤（2－2－4）求频域特征值之前，通过异步流操作，使得当GPU进行计算时，主机CPU线程不必等待即可进行其它计算，从而使CPU与GPU同时进行工作，提高资源利用率；在进行步骤（2－2－5）将计算结果写入共享显存之前，发送同步指令，保证同一线程块中的所有线程都执行到同一位置，当其中任意一个线程运行到同步指令标记处后会暂停运行，直到整个线程块中所有的线程都运行到同一位置，整个线程块才会继续执行下面的语句。

以下为步骤（2－2）求空域与频域的特征值的CUDA代码：

参考图10，步骤（2－3）（求算子B、C的特征值）具体包括下述步骤：（2－3－1）读取共享显存变量，即读取步骤（2－2）计算完成后写入共享显存的变量；（2－3－2）求逆矩阵；（2－3－3）求共轭矩阵；（2－3－4）求出算子B、C的特征值；（2－3－5）将计算结果写入共享显存。

步骤（2－3）中：在进行步骤（2－3－2）求逆矩阵之前，通过kernel设计，使GPU进行逆矩阵计算时符合warp发射条件，保证从属于同一个warp的线程间进行通信时不需要进行栅栏同步，从而提高运行速度；在进行步骤（2－3－3）求共轭矩阵之前，对读取逆矩阵计算结果的指令作出访问优先标记， 使该具有访问优先标记的指令（即读取逆矩阵计算结果的指令）获得共享显存访问的最高优先级，保证能最快的获得所需数据而不需等待；在进行步骤（2－3－4）求出算子B、C的特征值之前，通过异步执行指令，使一个流内的计算能够和另一个流的数据传输同时进行，提高资源利用率；在进行步骤（2－3－5）将计算结果写入共享显存之前，通过offset对齐设计， 使数据对齐方式为最符合GPU计算的4字节对齐或者8字节对齐。

以下为步骤（2－3）求算子B、C的特征值的CUDA代码：

参考图7，图形处理器的运算机制为并行运算机制，适合大量具有相同计算的数据运算，也就是说，可以把图形处理器想像成有多个（可多达几十到几百个）流处理器的CPU，它们可以同时进行运算。

（3）利用预定条件判定步骤（2）的计算结果是否达到预期目标，如达到预期目标则执行步骤（4），否则重新回到步骤（2）进行迭代计算。

（4）图形处理器将迭代计算的结果传送至系统内存，进行图像后处理。

图像后处理可包括对数压缩、开窗等，经图像后处理后输出并显示。

其他实施方案中，座椅也可以是可升降的座椅，具体结构为：上述机架上设有上下走向的座椅导轨，座椅导轨上安装有升降座，机架上设有能够驱动升降座沿座椅导轨上下移动的升降驱动机构，座椅固定安装在升降座上。其中，上述升降驱动机构包括升降驱动伺服电机、螺杆和螺母，螺杆可转动安装在机架上并且与升降驱动伺服电机的动力输出轴传动连接，螺母固定安装在升降座上，螺母与螺杆相啮合，乳腺CT设备的控制电路发送控制信号至升降驱动伺服电机，升降驱动伺服电机驱动螺杆转动，螺杆通过螺母带动升降座及座椅上升或下降。升降驱动伺服电机的动力输出轴与螺杆之间的传动机构可采用齿轮组、同步带、链传动等。上述升降驱动机构也可采用其他结构，如齿轮/齿条配合的机构，其中齿条平行于座椅导轨并且与升降座固定连接，齿轮可转动安装在机架上并且升降驱动伺服电机的动力输出轴传动连接，齿轮与齿条啮合。

Claims (5)

1.一种乳腺CT设备，包括机架、扫描发射装置、扫描探测装置和图像处理装置，扫描探测装置的信号输出端与图像处理装置相应的信号输入端连接，其特征在于：所述乳腺CT设备还包括旋转支架、旋转驱动机构和座椅；旋转支架可转动安装在机架上并且在旋转驱动机构的驱动下可绕一上下走向的转轴旋转；扫描发射装置和扫描探测装置均安装在旋转支架上，扫描发射装置与扫描探测装置相对配置；座椅包括座板和靠背，扫描发射装置和扫描探测装置均处于座板上方，并且扫描发射装置和扫描探测装置分别处于座椅两侧；座椅上设有腰部固定装置和肩部固定装置；肩部固定装置包括左肩固定带和右肩固定带；左肩固定带下端连接靠背正面的左侧，左肩固定带上端通过尼龙搭扣与靠背背面的左侧连接；右肩固定带下端连接靠背正面的右侧，右肩固定带上端通过尼龙搭扣与靠背背面的右侧连接；

所述图像处理装置包含有一块或者多块图形处理器；扫描探测装置将检测到的信号经模/数转换器转换后输送至图像处理装置进行处理；在图像处理装置上进行乳腺CT图像重建的方法依次包括下述步骤：

（1）数据接收与传输：将由乳腺CT设备的扫描检测装置检测到的模拟信号经模/数转换器转换而成的数字信号经过系统总线传输到系统内存，然后根据数字信号的数据量大小申请显存，并把系统内存中的数字信号传输到图形处理器的显存中；

所述数字信号是在有限角度重建成像方式下获得的信号；

（2）按并行的有限角度重建成像算法，在图形处理器中并行进行数据运算；

定义算子B和C，有限角度重建成像算法中GP迭代的过程为：

Bƒ = T_Fƒ , Cƒ = FT_I F^{− 1}ƒ ①

ƒ⁰ = ƒ_k ②

ƒⁱ⁺¹ = Cƒ_k + (I-CB) ƒⁱ ③

其中Fourier空间的已知数据定义为ƒ_k，全部数据表示为ƒ，F 表示Fourier变换，F^{− 1}表示Fourier逆变换，T_I和T_F是图像空间和频率空间的二值函数矩阵，I 是单位矩阵； GP 迭代最终以(1-λ_i)ⁿ 的速度收敛到ƒ ，其中，{λ_i} 是C、B的特征值，并且0<λ_i < 1；

在图形处理器中并行进行的数据运算为迭代计算，迭代计算包括下述步骤：（2－1）Fourier变换与逆变换；（2－2）求空域与频域的特征值；（2－3）求算子B、C的特征值；

（3）利用预定条件判定步骤（2）的计算结果是否达到预期目标，如达到预期目标则执行步骤（4），否则重新回到步骤（2）进行迭代计算；

（4）图形处理器将迭代计算的结果传送至系统内存，进行图像后处理。

2.根据权利要求1所述的乳腺CT设备，其特征是：所述机架包括基座、顶架和导向杆，顶架处于基座上方，旋转支架可转动安装在顶架上，导向杆上端与顶架连接，基座上设有上下走向的导向滑槽，导向杆处于导向滑槽中并且与导向滑槽作滑动配合；基座上还设有能够调节导向杆在导向滑槽中所处高度位置的导向杆高度调节机构。

3.根据权利要求2所述的乳腺CT设备，其特征是：所述导向杆高度调节机构包括高度调节电机、齿轮以及上下走向的齿条，齿轮可转动安装在底座上并且与高度调节电机的动力输出轴传动连接，齿条设于导向杆上并且与齿轮相啮合。

4.根据权利要求1－3任一项所述的乳腺CT设备，其特征是：所述腰部固定装置包括左腰部系带和右腰部系带，左腰部系带一端连接靠背左侧，右腰部系带一端连接靠背右侧，左腰部系带上设有左连接件，右腰部系带上设有右连接件，右连接件与左连接件相匹配，左腰部系带通过左连接件、右连接件与右腰部系带连接。

5.根据权利要求1所述的乳腺CT设备，其特征是：

步骤（2－1）具体包括下述步骤：（2－1－1）由图形处理器的流处理器接收数据，也就是说，将图形处理器的显存所接收到的数字信号数据分配到图形处理器的各流处理器中；（2－1－2）一维Fourier变换；（2－1－3）二维Fourier变换；（2－1－4）二维Fourier逆变换；（2－1－5）将计算结果写入共享显存；

步骤（2－2）具体包括下述步骤：（2－2－1）初始化算子B、C，包括算子矩阵的显存申请并赋初始值；（2－2－2）求空域特征值；（2－2－3）求频域特征值；（2－2－4）将计算结果写入共享显存；

步骤（2－3）具体包括下述步骤：（2－3－1）读取共享显存变量；（2－3－2）求逆矩阵；（2－3－3）求共轭矩阵；（2－3－4）求出算子B、C的特征值；（2－3－5）将计算结果写入共享显存。

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