JPH1043176A - 周波数空間の中のランダム分布支持点の重み付け方法及び該重み付け方法を実施したコンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

周波数空間の中のランダム分布支持点の重み付け方法及び該重み付け方法を実施したコンピュータ断層撮影装置

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JPH1043176A
JPH1043176A JP9111324A JP11132497A JPH1043176A JP H1043176 A JPH1043176 A JP H1043176A JP 9111324 A JP9111324 A JP 9111324A JP 11132497 A JP11132497 A JP 11132497A JP H1043176 A JPH1043176 A JP H1043176A
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JP9111324A
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Juergen Forchheim Dipl Wohlrab
ヴォールラープ ユルゲン
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 3次元グリッディングアルゴリズムにより、
体積再構成を行うコンピュータ断層撮影装置を3次元グ
リッディングアルゴリズムが効率的に実施されるように
形成する。 【解決手段】 周波数空間の中のランダムに分布する支
持点SPを重み付けする方法により3Dグリッドアルゴ
リズムを、コンピュータ断層撮影装置のための3次元フ
ーリエ再構成に適用することを可能にする。支持点重み
付け及び3Dアルゴリズムが効率的に実施されるASI
Cの形の特別ハードウェアが設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、第1の発明では、
3次元フーリエ再構成のための3Dグリッディングアル
ゴリズムをコンピュータ断層撮影装置に適用できるよう
に周波数空間の中のランダム分布の支持点SPを重み付
けする、周波数空間の中のランダム分布支持点の重み付
け方法に関し、第2の発明では、3次元フーリエ再構成
法により測定データから画像を再構成する計算機を具備
するコンピュータ断層撮影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータ断層撮影装置では、扇形投
影が測定されるのが従来の技術である。扇形投影は適切
な補間により平行投影に換算できる。
【0003】平行投影から断層画像を再構成するために
重畳積分逆投影及びフーリエ再構成の2つの再構成アル
ゴリズムがある。これらから体積再構成のための3次元
フーリエ再構成が導出できる。
【0004】2次元フーリエ再構成のためにグリッディ
ング(Gridding)アルゴリズムが公知である。
グリッディングアルゴリズムは2次元周波数空間の中で
極座標グリッド(格子)から直交座標グリッドへの移行
を行う。ドイツ特許出願第19538053.3号明細
書には2次元フーリエ再構成を実施する演算装置が提案
されている。
【0005】2次元グリッディングプロセスは3次元グ
リッディングプロセスに拡張できる。3Dグリッディン
グアルゴリズムは、一般に直交座標ラスタの中に位置し
ない支持点から3次元直交座標周波数ラスタへの移行を
行う。再構成する体積は周波数領域から局所領域への3
次元逆変換により求めることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、 a) 3Dグリッディングプロセスのために、一般的に
直交座標ラスタの中に位置しない支持点の重みを求める
適切な方法を提供することと、 b) a)の方法を効率的に実現することと、 c) コンピュータ断層撮影で3次元フーリエ再構成の
ための3Dグリッディングプロセスを効率的に実現する
こととにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、第1の発明では前記a)の課題を解決するために、
3Dプリグリッディング(Pre−Gridding)
プロセスステップを具備し、3Dプリグリッディングプ
ロセスステップではすべての支持点SPに対して実際の
関数値の代りに関数値1.0をとり、3Dプリグリッデ
ィングプロセスの結果は直交座標ラスタの中の実数重み
立方体FMGであり、実数重み立方体FMGでは関数値
は支持点SPの分布不均一性を表わし、3Dプリグリッ
ディングアルゴリズムでは3Dグリッディングアルゴリ
ズムの場合と全く同様にそれぞれの点が直交座標重み立
方体の直交座標グリッドのNX*NY*NZ個の点KR
に寄与し、3Dプリグリッディングに対しては3Dグリ
ッディングの場合と全く同様に補間表INTTABL
(x),INTTABK(y)及びINTTABM
(z)を使用し、ただしx,y及びzは直交座標ラスタ
点KRと支持点SPとの間の間隔を表し、更に重み補間
ステップを具備し、重み補間ステップでは支持点SPの
ための重みGEWを重み立方体FMGのNX*NY*N
Z個の点KRGから求め、点KRGは3Dグリッディン
グプロセスの3次元補間窓の中に位置し、点KRGの関
数値FKRGを評価関数BFにより関数値FKRGKに
変換し、評価関数BFは実質的に、初期値の適切に制限
された逆数を形成し、重みGEWを点KRGの関数値F
KRGKから次のように求め、すなわち点KRGのそれ
ぞれの関数値FKRGKを、相応する補間重みINTT
ABL(x)*INTTABK(y)*INTTABK
(z)と乗算し、結果を加算し、ただし結果は重みGE
Wであり、x,y及びzは点KRGのそれぞれの直交座
標ラスタ点と支持点SPとの間の間隔を表すことにより
解決され、第2の発明では、3次元グリッディングアル
ゴリズム及び請求項1に記載のアルゴリズムを処理する
ための特別の演算装置(VGR−ASIC)を設け、演
算装置(VGR−ASIC)は、一般的に直交座標ラス
タの中に位置しないランダム分布支持点SPに由来する
寄与の直交座標周波数立方体への付加分を形成すること
により解決される。
【0008】本発明のコンピュータ断層撮影装置では、
一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持点の重み
を求める方法と、3Dグリッディングアルゴリズムとを
効率的に実施するために、特別集積回路への応用を有す
る体積グリッディングのための計算装置(VGR−AS
IC)の形の特別ハードウェアが提案される。
【0009】本発明の有利な実施の形態は従属項に記載
されている。請求項3で、入力データバスAに所属する
アドレスバスADR_Aは、データに所属するアドレス
をデータバスAで伝送する場合には不要である。
【0010】
【実施の形態】次に本発明を実施の形態に基づき図を用
いて詳細に説明する。
【0011】図1にX線放射器1と、検出素子のマトリ
クスから成る検出器2とが示されている。X線放射器1
及び検出器2は、被検体3を走査するためにシステム軸
線4を中心に回転し、従って被検体3は異なる方向で、
X線放射器1から放射される扇形X線ビーム5により照
射される。検出器2の検出素子から供給されるデータは
計算装置6に供給され、計算装置6は、被検体3の照射
された体積の中の断層画像を再構成し、断層画像はモニ
ター7に再生される。この場合に被検体3は、X線ビー
ム束5により検出された測定領域8の中に位置する。
【0012】3Dグリッディングアルゴリズムの計算ス
テップの説明:3Dグリッディングアルゴリズムの計算
ステップは、2次元の場合の公知のグリッディングアル
ゴリズムと類似に得られる。
【0013】3Dグリッディングアルゴリズムは、一般
的に直交座標ラスタの中に位置しない支持点の関数値が
既に適切に重み付けされている場合にのみ適用可能であ
る。
【0014】3Dグリッディングアルゴリズムの場合に
それぞれの点は、直交座標周波数立方体の直交座標グリ
ッド(格子)のNX*NY*NZ個の点に寄与する。図
2には、一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持
値SPの値の直交座標周波数立方体への寄与がNX=N
Y=NZ=4を基礎にして示されている。
【0015】直交座標周波数立方体は次元FMATX*
FMATY*FMATZを有する(図2を参照)。直交
座標周波数立方体の複素数要素は以下においてFM
[m][k][l]により示されている。
【0016】3Dグリッディングアルゴリズムの開始の
際に直交座標周波数立方体の要素は値0.0+j0.0
により初期化される。
【0017】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持値SPのそれぞれに対してすべての以下の計算ステ
ップを行わなければならない。
【0018】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SP(FXSP,FYSP,FZSP)の座標か
らコーナ点UP(FXUP,FYUP,FZUP)の座
標を求める: <A1.> FXUPは、3次元補間窓の中の左側、下
方、前方の直交座標ラスタ点UPのx座標である(丸め
付き1回の減算)。
【0019】<A2.> FYUPは、3次元補間窓の
中の左側、下方、前方の直交座標ラスタ点UPのy座標
である(丸め付き1回の減算)。
【0020】<A3.> FZUPは、3次元補間窓の
中の左側、下方、前方の直交座標ラスタ点UPのz座標
である(丸め付き1回の減算)。
【0021】補助量DX,DY及びDZを求める: <A4.> DX=FXSP−FXUP(1回の減
算)。
【0022】<A5.> DY=FYSP−FYUP
(1回の減算)。
【0023】<A6.> DZ=FZSP−FZUP
(1回の減算)。
【0024】次にステップ<A7.>〜<A30.>で
使用される整数の連続変数iはi=0からi=NX−1
までをとる。
【0025】次にステップ<A7.>〜<A30.>で
使用される整数の連続変数jはj=0からj=NY−1
までをとる。
【0026】次にステップ<A7.>〜<A30.>で
使用される整数の連続変数hはh=0からh=NZ−1
までをとる。
【0027】l方向での補間表INTTABLのインデ
ックス領域はpl=0からpl=LINTPL−1まで
をとる。
【0028】k方向での補間表INTTABKのインデ
ックス領域はpk=0からpk=LINTPK−1まで
をとる。
【0029】m方向での補間表INTTABMのインデ
ックス領域はpm=0からpm=LINTPM−1まで
をとる。
【0030】これは、3つすべての補間表が同一であ
り、3つすべての方向に同一に補間が行われる特別の場
合を含む。
【0031】それぞれ長さLINTPL,LINTP
K,LINTPMを有する補間表INTTABL,IN
TTABK及びINTTABMへのアクセスインデック
スpx[i],py[j]及びpz[h]を求める: <A7.> px[i]は、(DX+i)*LINTP
L*2/NXの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNX−1回の加算;LI
NTPL*2/NXは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい)。
【0032】<A8.> py[j]は、(DY+j)
*LINTPK*2/NYの絶対値の最も近い整数に丸
められた値(1回の丸め、1回の乗算及びNY−1回の
加算;LINTPK*2/NYは定数でありただ1度だ
け計算すればよい)。
【0033】<A9.> pz[h]は、(DZ+h)
*LINTPM*2/NZの絶対値の最も近い整数に丸
められた値(1回の丸め、1回の乗算及びNZ−1回の
加算;LINTPM*2/NZは定数でありただ1度だ
け計算すればよい)。
【0034】補間表の値Ix[i],Iy[j]及びI
z[h]を、求められたアクセスインデックスpx
[i],py[j]及びpz[h]にアドレス指定す
る: <A10.> Ix[i]はアクセスインデックスpx
[i]の場合の補間表INTTABLの値である(補間
表INTTABLへのNX回のアクセス)。
【0035】<A11.> Iy[j]はアクセスイン
デックスpy[j]の場合の補間表INTTABKの値
である(補間表INTTABKへのNY回のアクセ
ス)。
【0036】<A12.> Iz[h]はアクセスイン
デックスpz[h]の場合の補間表INTTABMの値
である(補間表INTTABMへのNZ回のアクセ
ス)。
【0037】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の3次元補間窓の中に位置する直交座標周波数立
方体の要素のアクセスインデックスzl[i],zk
[j]及びzm[h]を計算する: <A13.> pl[i]=FXUP+i(NX回の加
算)。
【0038】<A14.> pk[j]=FYUP+j
(NY回の加算)。
【0039】<A15.> pm[h]=FZUP+h
(NZ回の加算)。
【0040】<A16.> zl[i]={pl[i]
はモジュロで領域[0,FMATX−1]に形成され
る} <A17.> zk[j]={pk[j]はモジュロで
領域[0,FMATY−1]に形成される} <A18.> zm[h]={pm[h]はモジュロで
領域[0,FMATZ−1]に形成される}一般的に直
交座標ラスタの中に位置しない支持点の3次元補間窓の
中に位置する直交座標周波数立方体の要素の値FMZ
[zm[h]][zk[j]][zl[i]]をアドレ
ス指定する: <A19.> FMZ_RE[zm[h]][zk
[j]][zl[i]]は直交座標周波数立方体FM
[zm[h]][zk[j]][zl[i]]のメモリ
の実数値である(直交座標周波数立方体へのNX*NY
*NZ回のアクセス)。
【0041】<A20.> FMZ_IM[zm
[h]][zk[j]][zl[i]]は直交座標周波
数立方体FM[zm[h]][zk[j]][zl
[i]]のメモリの虚数値である(直交座標周波数立方
体へのNX*NY*NZ回のアクセス)。
【0042】SP_REは、一般的に直交座標ラスタの
中に位置しない支持点SPの実数部である。
【0043】SP_IMは、一般的に直交座標ラスタの
中に位置しないSPの虚数部である。
【0044】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SPの3次元補間窓の中に位置する直交座標周波
数立方体の要素への付加分ZU_RE[h][j]
[i]及びZU_IM[h][j][i]の計算: <A21.> ZUX_RE[i]=SP_RE*Ix
[i](NX回の乗算) <A22.> ZUX_IM[i]=SP_IM*Ix
[i](NX回の乗算) <A23.> ZU_RE[j][i]=ZUX_RE
[i]*Iy[j](NY*NX回の乗算) <A24.> ZU_IM[j][i]=ZUX_IM
[i]*Iy[j](NY*NX回の乗算)。
【0045】<A25.> ZU_RE[h][j]
[i]=ZUX_RE[j][i]*Iz[h](NZ
*NY*NX回の乗算)。
【0046】<A26.> ZU_IM[h][j]
[i]=ZUX_IM[j][i]*Iz[h](NZ
*NY*NX回の乗算)。
【0047】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の3次元補間窓の中に位置する直交座標周波数立
方体の要素への付加分を形成する: <A27.> FMZE_RE[zm[h]][zk
[j]][zl[i]]=FMZ_RE[zm[h]]
[zk[j]][zl[i]]+ZU_RE[h]
[j][i](NX*NY*NZ回の加算)。
【0048】<A28.> FMZE_IM[zm
[h]][zk[j]][zl[i]]=FMZ_IM
[zm[h]][zk[j]][zl[i]]+ZU_
IM[h][j][i](NX*NY*NZ回の加
算)。
【0049】計算された値を直交座標周波数立方体のメ
モリへ伝送する: <A29.> 直交座標周波数立方体の中のメモリセル
FM[zm[h]][zk[j]][zl[i]]の実
数部が、新しく計算された値FMZE_RE[zm
[h]][zk[j]][zl[i]]によりオーバー
ライトされる(直交座標周波数立方体へのNX*NY*
NZ回のアクセス) <A30.> 直交座標周波数立方体の中のメモリセル
FM[zm[h]][zk[j]][zl[i]]の虚
数部が、新しく計算された値FMZE_IM[zm
[h]][zk[j]][zl[i]]によりオーバー
ライトされる(直交座標周波数立方体へのNX*NY*
NZ回のアクセス)。
【0050】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の重みを求める方法:3Dグリッディングアルゴ
リズムは、一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支
持点の3次元直交座標周波数ラスタへの移行を表す。こ
の場合、一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持
点SPは周波数立方体の中でランダム分布していると仮
定されている。これは、3Dグリッディングプロセスを
行う前に適切な重み付けをして、分布不均一性を補償す
ることを必要とする。さもないと、より大きい支持点密
度を有する領域の中の周波数立方体の関数値が、より小
さい支持点密度を有する領域の中の関数値に対して高め
られる。
【0051】これを実現するために発明された一般的に
直交座標ラスタの中に位置しない支持点の重み付け法は
次のようである: 1. 3Dプリグリッディングプロセス: 3Dプリグ
リッディングプロセスを行い、すべての支持点SPに対
して実際の関数値の代りに関数値1.0をとるようにす
る。3Dグリッディングプロセスの結果は直交座標ラス
タの中の実数重み立方体FMGであり、この実数重み立
方体FMGでは関数値が支持点SPの分布不均一性を表
す。
【0052】3Dプリグリッディングアルゴリズムでは
3Dグリッディングアルゴリズムの場合と全く同様にそ
れぞれの点が直交重み立方体FMGの直交座標グリッド
(格子)のNX*NY*NZ点KRに寄与する。3Dプ
リグリッディングでは3Dグリッディングの場合と全く
同様に補間表INTTABL(x),INTTABK
(y)及びINTTABM(z)が使用され、x,y及
びzは直交座標ラスタ点KRと支持点SPとの間の間隔
を表す。
【0053】2. 重み補間: 支持点SPのための重
みGEWは、3Dグリッディングプロセスの3次元補間
窓の中に位置する重み立方体FMGのNX*NY*NZ
点KRGから求められる。これを実現するために点KR
Gの関数値FKRGは評価関数BFから関数値FKRG
Kに変換される。評価関数BFは実質的に、適切に制限
されている初期値を有する逆数値を形成する。重みGE
Wは点KRGの関数値FKRGKから次のように求めら
れる。すなわち点KRGのそれぞれの関数値FKRGK
が、相応する補間重みINTTABL(x)*INTT
ABK(y)*INTTABM(z)と乗算され、結果
が加算される。その結果は重みGEWである。x,y及
びzは点KRGのそれぞれの直交座標ラスタ点と支持点
SPとの間の間隔を表す。
【0054】3Dプリグリッディング法の計算ステップ
の説明: 3Dプリグリッディングの計算ステップは、
3Dグリッディングアルゴリズムに類似に行われる。3
Dグリッディングアルゴリズムに対する実質的は相違
は、3Dプリグリッディングではすべての支持点SPに
対して実際の関数値の代りに関数値1.0をとるように
することにある。3Dプリグリッディングアルゴリズム
ではそれぞれの点は直交座標重み立方体の直交座標グリ
ッドのNX*NY*NZ点に寄与する。直交座標重み立
方体は実数立方体である。図2には、一般的に直交座標
ラスタの中に位置しない支持値SPの直交座標重み立方
体への寄与がNX=NY=NZ=4を基礎にして示され
ている。
【0055】直交座標重み立方体は次元FMATX*F
MATY*FMATZを有する(図2を参照)。直交座
標重み立方体の実数要素は以下においてFMG[m]
[k][l]により示される。
【0056】3Dプリグリッディングアルゴリズムの開
始の際に直交座標重み立方体の要素は値0.0により初
期化される。一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持値SPに対してすべての後続の計算ステップを行わ
なければならない。
【0057】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SP(FXSP,FYSP,FZSP)の座標か
らコーナ点UP(FXUP,FYUP,FZUP)の座
標を求める: <B1.> FXUPは、3次元補間窓の中の左側、下
方、前方の直交座標ラスタ点UPのx座標である(丸め
付き1回の減算)。
【0058】<B2.> FYUPは、3次元補間窓の
中の左側、下方、前方の直交座標ラスタ点UPのy座標
である(丸め付き1回の減算)。
【0059】<B3.> FZUPは、3次元補間窓の
中の左側、下方、前方の直交座標ラスタ点UPのz座標
である(丸め付き1回の減算)。
【0060】補助量DX,DY及びDZを求める: <B4.> DX=FXSP−FXUP(1回の減
算)。
【0061】<B5.> DY=FYSP−FYUP
(1回の減算)。
【0062】<B6.> DZ=FZSP−FZUP
(1回の減算)。
【0063】次にステップ<B7.>〜<B23.>で
使用される整数の連続変数iはi=0からi=NX−1
までをとる。
【0064】次にステップ<B7.>〜<B23.>で
使用される整数の連続変数jはj=0からj=NY−1
までをとる。
【0065】次にステップ<B7.>〜<B23.>で
使用される整数の連続変数hはh=0からh=NZ−1
までをとる。
【0066】l方向での補間表INTTABLのインデ
ックス領域はpl=0からpl=LINTPL−1まで
をとる。
【0067】k方向での補間表INTTABKのインデ
ックス領域はpk=0からpk=LINTPK−1まで
をとる。
【0068】m方向での補間表INTTABMのインデ
ックス領域はpm=0からpm=LINTPM−1まで
をとる。
【0069】これは、3つすべての補間表が同一であ
り、3つすべての方向に同一に補間が行われる特別の場
合を含む。
【0070】それぞれ長さLINTPL,LINTP
K,LINTPMを有する補間表INTTABL,IN
TTABK及びINTTABMへのアクセスインデック
スpx[i],py[j]及びpz[h]を求める: <B7.> px[i]は、(DX+i)*LINTP
L*2/NXの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNX−1回の加算;LI
NTPL*2/NXは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい) <B8.> py[j]は、(DY+j)*LINTP
K*2/NYの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNY−1回の加算;LI
NTPK*2/NYは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい) <B9.> pz[h]は、(DZ+h)*LINTP
M*2/NZの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNZ−1回の加算;LI
NTPM*2/NZは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい)。
【0071】補間表の値Ix[i],Iy[j]及びI
z[h]を、求められたアクセスインデックスpx
[i],py[j]及びpz[h]にアドレス指定す
る: <B10.> Ix[i]はアクセスインデックスpx
[i]の場合の補間表INTTABLの値である(補間
表INTTABLへのNX回のアクセス) <B11.> Iy[j]はアクセスインデックスpy
[j]の場合の補間表INTTABKの値である(補間
表INTTABKへのNY回のアクセス) <B12.> Iz[h]はアクセスインデックスpz
[h]の場合の補間表INTTABMの値である(補間
表INTTABMへのNZ回のアクセス)。
【0072】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の3次元補間窓の中に位置する直交座標重み立方
体の要素のアクセスインデックスzl[i],zk
[j]及びzm[h]を計算する: <B13.> pl[i]=FXUP+i(NX回の加
算) <B14.> pk[j]=FYUP+j(NY回の加
算) <B15.> pm[h]=FZUP+h(NZ回の加
算) <B16.> zl[i]={pl[i]はモジュロで
領域[0,FMATX−1]に形成される} <B17.> zk[j]={pk[j]はモジュロで
領域[0,FMATY−1]に形成される} <B18.> zm[h]={pm[h]はモジュロで
領域[0,FMATZ−1]に形成される} 一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持点の3次
元補間窓の中に位置する直交座標重み立方体の要素の値
FMG[zm[h]][zk[j]][zl[i]]を
アドレス指定する: <B19.> FMG[zm[h]][zk[j]]
[zl[i]]は直交座標重み立方体のメモリの値であ
る(直交座標重み立方体へのNX*NY*NZ回のアク
セス)。
【0073】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SPの3次元補間窓の中に位置する直交座標重み
立方体の要素への付加分ZU[h][j][i]を計算
する: <B20.> ZUX[j][i]=Ix[i]*Iy
[j](NY*NX回の乗算) <B21.> ZU[h][j][i]=ZUX[j]
[i]*Iz[h](NZ*NY*NX回の乗算)。
【0074】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の3次元補間窓の中に位置する直交座標重み立方
体の要素への付加分を形成する: <B22.> FMZG[zm[h]][zk[j]]
[zl[i]]=FMG[zm[h]][zk[j]]
[zl[i]]+ZU[h][j][i](NX*NY
*NZ回の加算)。
【0075】計算された値を直交座標重み立方体のメモ
リへ伝送する: <B23.> 直交座標重み立方体の中のメモリセルF
MG[zm[h]][zk[j]][zl[i]]が、
新しく計算された値FMZG[zm[h]][zk
[j]][zl[i]]によりオーバーライトされる
(直交座標重み立方体へのNX*NY*NZ回のアクセ
ス)。
【0076】重み補間の計算ステップを説明する:前述
の重み補間法の計算ステップを説明する。
【0077】重み補間では、一般的に直交座標ラスタの
中に位置しない支持値SPのための重みが、直交座標重
み立方体FMGの直交座標グリッド(格子)のNX*N
Y*NZ個の点(図2参照)から補間により求められ
る。
【0078】重み補間を行うために、有効な直交座標重
みマトリクスが必要である。直交座標重みマトリクスは
3Dプリグリッディングにより求められるか、又は公知
の支持点分布に対して表として格納されている。
【0079】直交座標重み立方体は次元FMATX*F
MATY*FMATZを有する(図2参照)。直交座標
重み立方体の実数要素は以下においてFMG[m]
[k][l]により示される。
【0080】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SP(FXSP,FYSP,FZSP)に対して
すべての次の計算ステップを行わなければならない。
【0081】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SP(FXSP,FYSP,FZSP)の座標か
らコーナ点UP(FXUP,FYUP,FZUP)の座
標を求める: <C1.> FXUPは、3次元補間窓の中の左側、下
方、前方の直交座標ラスタ点UPのx座標である(丸め
付き1回の減算) <C2.> FYUPは、3次元補間窓の中の左側、下
方、前方の直交座標ラスタ点UPのy座標である(丸め
付き1回の減算)。
【0082】<C3.> FZUPは、3次元補間窓の
中の左側、下方、前方の直交座標ラスタ点UPのz座標
である(丸め付き1回の減算)。
【0083】補助量DX,DY及びDZを求める: <C4.> DX=FXSP−FXUP(1回の減
算)。
【0084】<C5.> DY=FYSP−FYUP
(1回の減算)。
【0085】<C6.> DZ=FZSP−FZUP
(1回の減算)。
【0086】次にステップ<C7.>〜<C23.>で
使用される整数の連続変数iはi=0からi=NX−1
までをとる。
【0087】次にステップ<C7.>〜<C23.>で
使用される整数の連続変数jはj=0からj=NY−1
までをとる。
【0088】次にステップ<C7.>〜<C23.>で
使用される整数の連続変数hはh=0からh=NZ−1
までをとる。
【0089】l方向での補間表INTTABLのインデ
ックス領域はpl=0からpl=LINTPL−1まで
をとる。
【0090】k方向での補間表INTTABKのインデ
ックス領域はpk=0からpk=LINTPK−1まで
をとる。
【0091】m方向での補間表INTTABMのインデ
ックス領域はpm=0からpm=LINTPM−1まで
をとる。
【0092】これは、3つすべての補間表が同一であ
り、3つすべての方向に同一に補間が行われる特別の場
合を含む。
【0093】それぞれ長さLINTPL,LINTP
K,LINTPMを有する補間表INTTABL,IN
TTABK及びINTTABMへのアクセスインデック
スpx[i],py[j]及びpz[h]を求める: <C7.> px[i]は、(DX+i)*LINTP
L*2/NXの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNX−1回の加算;LI
NTPL*2/NXは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい) <C8.> py[j]は、(DY+j)*LINTP
K*2/NYの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNY−1回の加算;LI
NTPK*2/NYは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい) <C9.> pz[h]は、(DZ+h)*LINTP
M*2/NZの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNZ−1回の加算;LI
NTPM*2/NZは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい)。
【0094】補間表の値Ix[i],Iy[j]及びI
z[h]を、求められたアクセスインデックスpx
[i],py[j]及びpz[h]にアドレス指定す
る: <C10.> Ix[i]はアクセスインデックスpx
[i]の場合の補間表INTTABLの値である(補間
表INTTABLへのNX回のアクセス) <C11.> Iy[j]はアクセスインデックスpy
[j]の場合の補間表INTTABKの値である(補間
表INTTABKへのNY回のアクセス) <C12.> Iz[h]はアクセスインデックスpz
[h]の場合の補間表INTTABMの値である(補間
表INTTABMへのNZ回のアクセス)。
【0095】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の3次元補間窓の中に位置する直交座標重み立方
体の要素のアクセスインデックスzl[i],zk
[j]及びzm[h]を計算する: <C13.> pl[i]=FXUP+i(NX回の加
算) <C14.> pk[j]=FYUP+j(NY回の加
算) <C15.> pm[h]=FZUP+h(NZ回の加
算) <C16.> zl[i]={pl[i]はモジュロで
領域[0,FMATX−1]に形成される} <C17.> zk[j]={pk[j]はモジュロで
領域[0,FMATY−1]に形成される} <C18.> zm[h]={pm[h]はモジュロで
領域[0,FMATZ−1]に形成される} 一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持点の3次
元補間窓の中に位置する直交座標重み立方体の要素の値
FMG[zm[h]][zk[j]][zl[i]]を
アドレス指定する: <C19.> FMG[zm[h]][zk[j]]
[zl[i]]は直交座標重み立方体のメモリの値であ
る(直交座標重み立方体へのNX*NY*NZ回のアク
セス)。
【0096】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SP(FXSP,FYSP,FZSP)の重みG
EW(FXSP,FYSP,FZSP)を計算する: <C20.> IXY[j][i]=Ix[i]*Iy
[j](NY*NX回の乗算) <C21.> I[h][j][i]=IXY[j]
[i]*Iz[h](NZ*NY*NX回の乗算) <C22.> ステップ<C19.>で読出された値F
MG[zm[h]][zk[j]][zl[i]]を、
評価関数BFを実現する演算子により変換する。
【0097】FMGBW[zm[h]][zk[j]]
[zl[i]]=BW(FMG[zm[h]][zk
[j]][zl[i]]) (NX*NY*NZ回の演算) 3Dプリグリッディングの後に重みマトリクスFMGの
要素が、評価関数BWにより評価された値FMGBWに
より代替される限りは計算ステップ<C22.>は重み
補間の場合に不要である。
【0098】<C23.> 値FMGBW[zm
[h]][zk[j]][zl[i]]と相応する補間
重みI[h][j][i]との乗算と、それらの結果の
加算。その結果は重みGEW(FXSP,FYSP,F
ZSP)である。
【0099】(NZ*NY*NX回の乗算、NZ*NY
*NX−1回の加算)。
【0100】SP_RE(FXSP,FYSP,FZS
P)は、一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持
点SP(FXSP,FYSP,FZSP)の関数値の実
数部である。
【0101】SP_IM(FXSP,FYSP,FZS
P)は、一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持
点SP(FXSP,FYSP,FZSP)の関数値の虚
数部である。
【0102】支持点SP(FXSP,FYSP,FZS
P)の重み付け: <C24.> GSP_RE(FXSP,FYSP,F
ZSP)=SP_RE(FXSP,FYSP,FZS
P)*GEW(FXSP,FYSP,FZSP)(1回
の乗算)。
【0103】<C25.> GSP_IM(FXSP,
FYSP,FZSP)=SP_IM(FXSP,FYS
P,FZSP)*GEW(FXSP,FYSP,FZS
P)(1回の乗算)。
【0104】3Dプリグリッディング、重み補間及び3
Dグリッディングの処理経過:一般的に直交座標ラスタ
のなかに位置しない支持点の重みを求める前述の方法の
利点は、重み補間の計算ステップ<C1.>〜<C1
8.>が3Dグリッディングプロセスの計算ステップ<
A1.>〜<A18.>と同一であることにある。これ
により、一般的に直交座標ラスタのなかに位置しない支
持点の重みを求めることは、3Dグリッディングプロセ
スに関連させて非常に効率的に実施できる。
【0105】その結果は、ステップ毎の重み補間を有す
る3Dグリッディング法である: a) 支持点SPに対してまず初めに3Dグリッディン
グの計算ステップ<A1.>〜<A18.>が行われ
る。これにより自動的に重み補間の計算ステップ<C
1.>〜<C18.>も実施される。
【0106】b) 次いで<C19.>〜<C23.>
により重みGEWが求められ、重みGEWにより支持点
SPの関数値が、3Dグリッディングを行うために重み
付けされる。次いでステップ<C24.>〜<C25.
>では支持点SPの関数値の重み付けが行われる。
【0107】c) 次いで3Dグリッディングアルゴリ
ズムの計算ステップ<A19.>〜<A30.>が行わ
れる。
【0108】重み付け補間及び3Dグリッディングプロ
セスを行うために、有効な直交座標重みマトリクスが必
要である。直交座標重みマトリクスは3Dプリグリッデ
ィングにより求められるか、又は公知の支持点分布に対
して表として格納されている。
【0109】重み補間及び3Dグリッディングが順次に
複数の再構成のために行われ、一般的に直交座標ラスタ
のなかに位置しない支持点SPの分布が同一のままであ
る場合、3Dプリグリッディングは第1の再構成の重み
補間の前に行うだけでよい。この場合、3Dプリグリッ
ディングの際に形成される直交座標重みマトリクスは、
一般的に直交座標ラスタのなかに位置しない支持点SP
の同一の分布によるすべての再構成において有効であ
る。直交座標重みマトリクスは、支持点SPの公知の分
布に対して表として格納されることも可能である。
【0110】一般的に直交座標ラスタのなかに位置しな
い支持点SPの分布が、複数の再構成において異なる場
合、重み補間及び3Dグリッディングの前にその都度1
つの3Dプリグリッディングを行わなければならない。
【0111】ステップ毎の重み補間を有する3Dグリッ
ディングアルゴリズムのVGR−ASICの中に実施さ
れている計算ステップを説明する:VGR−ASICの
中に実施されるべきステップ毎の重み補間を有する3D
グリッディングアルゴリズムを説明する。
【0112】3Dグリッディングアルゴリズムではそれ
ぞれの点が、直交座標周波数立方体の直交座標グリッド
(格子)のNX*NY*NZ個の点に寄与する。図2に
は、一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持値S
Pの値の直交座標周波数立方体への寄与がNX=NY=
NZ=4を基礎にして示されている。
【0113】直交座標周波数立方体は次元FMATX*
FMATY*FMATZを有する(図2を参照)。直交
座標周波数立方体の複素数要素は以下においてFM
[m][k][l]により示されている。
【0114】3Dグリッディングアルゴリズムの開始の
際に直交座標周波数立方体の要素は値0.0+j0.0
により初期化される。
【0115】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持値SPのそれぞれに対してすべての以下の計算ステ
ップを行わなければならない。
【0116】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SP(FXSP,FYSP,FZSP)の座標か
らコーナ点UP(FXUP,FYUP,FZUP)の座
標を求める: <D1.> FXUPは、3次元補間窓の中の左側、下
方、前方の直交座標ラスタ点UPのx座標である(丸め
付き1回の減算)。
【0117】<D2.> FYUPは、3次元補間窓の
中の左側、下方、前方の直交座標ラスタ点UPのy座標
である(丸め付き1回の減算)。
【0118】<D3.> FZUPは、3次元補間窓の
中の左側、下方、前方の直交座標ラスタ点UPのz座標
である(丸め付き1回の減算)。
【0119】補助量DX,DY及びDZを求める: <D4.> DX=FXSP−FXUP(1回の減算) <D5.> DY=FYSP−FYUP(1回の減算) <D6.> DZ=FZSP−FZUP(1回の減算) 次にステップ<D7.>〜<D37.>で使用される整
数の連続変数iはi=0からi=NX−1までをとる。
【0120】次にステップ<D7.>〜<D37.>で
使用される整数の連続変数jはj=0からj=NY−1
までをとる。
【0121】次にステップ<D7.>〜<D37.>で
使用される整数の連続変数hはh=0からh=NZ−1
までをとる。
【0122】l方向での補間表INTTABLのインデ
ックス領域はpl=0からpl=LINTPL−1まで
をとる。
【0123】k方向での補間表INTTABKのインデ
ックス領域はpk=0からpk=LINTPK−1まで
をとる。
【0124】m方向での補間表INTTABMのインデ
ックス領域はpm=0からpm=LINTPM−1まで
をとる。
【0125】これは、3つすべての補間表が同一であ
り、3つすべての方向に同一に補間が行われる特別の場
合を含む。
【0126】それぞれ長さLINTPL,LINTP
K,LINTPMを有する補間表INTTABL,IN
TTABK及びINTTABMへのアクセスインデック
スpx[i],py[j]及びpz[h]を求める: <D7.> px[i]は、(DX+i)*LINTP
L*2/NXの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNX−1回の加算;LI
NTPL*2/NXは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい) <D8.> py[j]は、(DY+j)*LINTP
K*2/NYの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNY−1回の加算;LI
NTPK*2/NYは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい) <D9.> pz[h]は、(DZ+h)*LINTP
M*2/NZの絶対値の最も近い整数に丸められた値
(1回の丸め、1回の乗算及びNZ−1回の加算;LI
NTPM*2/NZは定数でありただ1度だけ計算すれ
ばよい)。
【0127】補間表の値Ix[i],Iy[j]及びI
z[h]を、求められたアクセスインデックスpx
[i],py[j]及びpz[h]にアドレス指定す
る: <D10.> Ix[i]はアクセスインデックスpx
[i]の場合の補間表INTTABLの値である(補間
表INTTABLへのNX回のアクセス)。
【0128】<D11.> Iy[j]はアクセスイン
デックスpy[j]の場合の補間表INTTABKの値
である(補間表INTTABKへのNY回のアクセ
ス)。
【0129】<D12.> Iz[h]はアクセスイン
デックスpz[h]の場合の補間表INTTABMの値
である(補間表INTTABMへのNZ回のアクセ
ス)。
【0130】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の3次元補間窓の中に位置する直交座標周波数立
方体の要素のアクセスインデックスzl[i],zk
[j]及びzm[h]を計算する: <D13.> pl[i]=FXUP+i(NX回の加
算)。
【0131】<D14.> pk[j]=FYUP+j
(NY回の加算)。
【0132】<D15.> pm[h]=FZUP+h
(NZ回の加算)。
【0133】<D16.> zl[i]={pl[i]
はモジュロで領域[0,FMATX−1]に形成され
る} <D17.> zk[j]={pk[j]はモジュロで
領域[0,FMATY−1]に形成される} <D18.> zm[h]={pm[h]はモジュロで
領域[0,FMATZ−1]に形成される} 一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持点の3次
元補間窓の中に位置する直交座標重み立方体の要素の値
FMG[zm[h]][zk[j]][zl[i]]を
アドレス指定する: <D19.> FMG[zm[h]][zk[j]]
[zl[i]]は直交座標重み立方体のメモリの値であ
る(直交座標重み立方体へのNX*NY*NZ回のアク
セス)。
【0134】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SP(FXSP,FYSP,FZSP)の重みG
EW(FXSP,FYSP,FZSP)を計算する: <D20.> IXY[j][i]=Ix[i]*Iy
[j](NY*NX回の乗算) <D21.> I[h][j][i]=IXY[j]
[i]*Iz[h](NZ*NY*NX回の乗算)。
【0135】<D22.> ステップ<D19.>で読
出された値FMG[zm[h]][zk[j]][zl
[i]]を、評価関数BFを実現する演算子により変換
する。
【0136】FMGBW[zm[h]][zk[j]]
[zl[i]]=BW(FMG[zm[h]][zk
[j]][zl[i]])。
【0137】(NX*NY*NZ回の演算)3Dプリグ
リッディングの後に重みマトリクスFMGの要素が、評
価関数BWにより評価された値FMGBWにより置換さ
れる限りは計算ステップ<D22.>は重み補間の場合
に不要である。
【0138】<D23.> 値FMGBW[zm
[h]][zk[j]][zl[i]]と相応する補間
重みI[h][j][i]との乗算と、それらの結果の
加算。その結果は重みGEW。
【0139】(NZ*NY*NX回の乗算、NZ*NY
*NX−1回の加算)。
【0140】SP_REは、一般的に直交座標ラスタの
中に位置しない支持点SPの関数値の実数部である。
【0141】SP_IMは、一般的に直交座標ラスタの
中に位置しない支持点SPの関数値の虚数部である。
【0142】支持点SPの重み付け: <D24.> GSP_RE=SP_RE*GEW(1
回の乗算) <D25.> GSP_IM=SP_IM*GEW(1
回の乗算)。
【0143】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の3次元補間窓の中に位置する直交座標周波数立
方体の要素の値FMZ[zm[h]][zk[j]]
[zl[i]]をアドレス指定する: <D26.> FMZ_RE[zm[h]][zk
[j]][zl[i]]は直交座標周波数立方体FM
[zm[h]][zk[j]][zl[i]]のメモリ
の実数値である(直交座標周波数立方体へのNX*NY
*NZ回のアクセス)。
【0144】<D27.> FMZ_IM[zm
[h]][zk[j]][zl[i]]は直交座標周波
数立方体FM[zm[h]][zk[j]][zl
[i]]のメモリの虚数値である(直交座標周波数立方
体へのNX*NY*NZ回のアクセス)。
【0145】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点SPの3次補間窓の中に位置する直交座標周波数
立方体の要素への付加ZU_RE[h][j][i]及
びZU_IM[h][j][i]の計算: <D28.> ZUX_RE[i]=GSP_RE*I
x[i](NX回の乗算) <D29.> ZUX_IM[i]=GSP_IM*I
x[i](NX回の乗算) <D30.> ZU_RE[j][i]=ZUX_RE
[i]*Iy[j](NY*NX回の乗算) <D31.> ZU_IM[j][i]=ZUX_IM
[i]*Iy[j](NY*NX回の乗算) <D32.> ZU_RE[h][j][i]=ZUX
_RE[j][i]*Iz[h](NZ*NY*NX回
の乗算) <D33.> ZU_IM[h][j][i]=ZUX
_IM[j][i]*Iz[h](NZ*NY*NX回
の乗算)。
【0146】一般的に直交座標ラスタの中に位置しない
支持点の3次元補間窓の中に位置する直交座標周波数立
方体の要素への付加分を形成する: <D34.> FMZE_RE[zm[h]][zk
[j]][zl[i]]=FMZ_RE[zm[h]]
[zk[j]][zl[i]]+ZU_RE[h]
[j][i](NX*NY*NZ回の加算) <D35.> FMZE_IM[zm[h]][zk
[j]][zl[i]]=FMZ_IM[zm[h]]
[zk[j]][zl[i]]+ZU_IM[h]
[j][i](NX*NY*NZ回の加算)。
【0147】計算された値を直交座標周波数立方体のメ
モリへ伝送する: <D36.> 直交座標周波数立方体の中のメモリセル
の実数部FM[zm[h]][zk[j]][zl
[i]]が、新しく計算された値FMZE_RE[zm
[h]][zk[j]][zl[i]]によりオーバー
ライトされる(直交座標周波数立方体へのNX*NY*
NZ回のアクセス)。
【0148】<D37.> 直交座標周波数立方体の中
のメモリセルの虚数部FM[zm[h]][zk
[j]][zl[i]]が、新しく計算された値FMZ
E_IM[zm[h]][zk[j]][zl[i]]
によりオーバーライトされる(直交座標周波数立方体へ
のNX*NY*NZ回のアクセス)。
【0149】複数のVGR−ASICのインターフェー
ス:3Dプリグリッディングアルゴリズムを実行するた
めに入力データとして周波数領域内の支持値SPの直交
座標(FX,FY,FZ)が必要である。3Dプリグリ
ッディングアルゴリズムの出力データは直交座標重み立
方体である。
【0150】重み補間による3Dグリッディングアルゴ
リズムを実行するために入力データとして、直交座標重
みマトリクスFMGと、一般的に直交座標ラスタの中に
位置しない支持点SPの関数値と、周波数領域内の支持
値SPの直交座標(FX,FY,FZ)とが必要であ
る。3Dグリッディングアルゴリズムの出力データは直
交座標周波数立方体である。
【0151】支持点SPの関数値も、直交座標周波数立
方体FMのデータも複素数である。直交座標重みマトリ
クスFMGのデータは実数である。
【0152】支持値SPの直交座標のVGR−ASIC
への転送のためには2つの変形が提案される: VK1: 座標転送変形1: 支持値SPの直交座標
(FX,FY,FZ)はそれぞれ支持値SPの転送の後
のその都度に複数のVGR−ASICの座標入力バッフ
ァの中に書込まれる。座標転送変形1は、順次にVGR
−ASICに転送された支持値の座標が一定の座標増分
DFX,DFY及びDFZにより表現可能な関係で表せ
ない、再構成アルゴリズムにも適する。
【0153】VK2: 座標転送変形2: 投影スペク
トルの支持値SPはブロック転送でVGR−ASICに
伝送される。転送ブロックの中で、順次にVGR−AS
ICに転送された支持点SPの座標は一定の座標増分D
FX,DFY及びDFZにより求められることが前提に
されている。ブロック転送の開始の際に、後に説明する
付加値がVGR−ASICに転送され、これらの付加値
からVGR−ASICは、ブロック転送の中で転送され
た支持値SP自身の直交座標を生成できる: −ブロック転送の中で転送された支持値の間の直交座標
増分DFX,DFY及びDFZ。
【0154】−ブロック転送の中の所属の方向を有する
支持値の数。
【0155】座標転送変形2は、順次にVGR−ASI
Cに転送された支持値が一定の直交座標増分DFX,D
FY及びDFZにより表現可能な関係で表せない、再構
成アルゴリズムには適しない。
【0156】支持値SPの関数値と支持値SPの直交座
標(FX,FY,FZ)又は所属の付加値とはデータバ
スA(図3参照)を介してVGR−ASICの異なる入
力バッファに書込まれる。入力バッファのためには先入
れ先出し原理が推奨される。
【0157】VGR−ASICの動作モード(3Dプリ
グリッディング又はステップ毎の重み補間を有する3D
グリッディング)と、3Dグリッディングアルゴリズム
及び3Dプリグリッディングアルゴリズムに必要な補間
表及びパラメータとは、初期化フェーズの間にデータバ
スAを介して格納される。
【0158】異なる入力バッファ及び補間表メモリをア
ドレス指定するためにアドレスバスADR_Aが用いら
れる。
【0159】双方向データバスBを介してVGR−AS
ICは読出し・変更・書込みアクセスにより、直交座標
周波数立方体が記憶されているメモリSKARTのアド
レスRANDを有するランダムデータへの付加分を形成
する。所属のアドレスRANDはVGR−ASICによ
り生成され、アドレスバスADR_Bへ加えられ、アド
レスバスADR_Bを介して直交座標周波数立方体のメ
モリがアドレス指定される。
【0160】双方向データバスCを介してVGR−AS
ICは読出し・変更・書込みアクセスにより、直交座標
重み立方体が記憶されているメモリSKARTGのアド
レスRANDGを有するランダムデータへの付加分を形
成する。所属のアドレスRANDGはVGR−ASIC
により生成され、アドレスバスADR_Cへ加えられ、
アドレスバスADR_Cを介して直交座標重み立方体の
メモリがアドレス指定される。
【0161】図4は、アドレスバスADR_Aが不要で
あるVGR−ASICの別の1つの変形のインターフェ
ースを示す。この場合、データに所属のアドレスはデー
タバスAを介して伝送される。
【0162】VGR−ASICの要素への計算ステップ
の形成:VGR−ASICの要素への計算ステップの形
成を、ステップ毎の重み補間を有する3Dグリッディン
グを基礎に説明する。3Dプリグリッディングの計算ス
テップの形成は、それから次のように導出できる:計算
ステップ<B1.>〜<B18.>は、それぞれ同一の
数字を有する計算ステップ<D1.>〜<D18.>に
相応する。
【0163】計算ステップ<B19.>は計算ステップ
<D26.>に相応する。
【0164】計算ステップ<B20.>は計算ステップ
<D30.>に相応する。
【0165】計算ステップ<B21.>は計算ステップ
<D32.>に相応する。
【0166】計算ステップ<B22.>は計算ステップ
<D34.>に相応する。
【0167】計算ステップ<B23.>は計算ステップ
<D36.>に相応する。
【0168】バスCでは計算ステップ<D19.>によ
りNX*NY*NZ回のアクセスが必要である。ベース
CでのアクセスはバスBでのアクセスに並列に行うこと
が可能である。
【0169】バスBでのアクセスの数をできるだけ小さ
く保持するために、バスBを介して並列に直交座標周波
数立方体の実数部と虚数部とにアクセスされる。
【0170】従ってバスBでは、支持点SPを処理する
ために全部で2*NX*NY*NZ回のアクセスが必要
である。これらのアクセスは次のように構成される: a) 計算ステップ<D26.>及び<D27.>並
列: 2*NX*NY*NZ回のアクセス。
【0171】b) 計算ステップ<D36.>及び<D
37.>並列: 2*NX*NY*NZ回のアクセス。
【0172】図5は、選択されたデータパスを有するV
GR−ASICの機能ブロックを示す。VGR−ASI
Cの計算要素(図5参照)は処理能力において、すべて
の計算ステップがバスBでの2*NX*NY*NZ回の
アクセスの背後に隠れるように形成される。
【0173】従ってバスBでのアクセスの数は、VGR
−ASICの処理能力を決める。バスBでのそれぞれの
アクセスが1つの計算クロックの持続時間を有すると仮
定すると、VGR−ASICは、支持値SPを処理する
ために2*NX*NY*NZ回の計算クロックの処理能
力を有する。
【0174】次に、図5に示されている機能ブロックへ
の計算ステップ<D1.>〜<D37.>の可能な配分
を説明する。計算クロックの形の支持点SPを処理する
ための機能ブロックの負担がそれぞれ示されている。
【0175】 加算器AADD: + 計算ステップ<D1.>の1回の減算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D2.>の1回の減算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D3.>の1回の減算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D4.>の1回の減算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D5.>の1回の減算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D6.>の1回の減算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D7.>のNX−1回の加算: NX−1回の計算クロック + 計算ステップ<D8.>のNY−1回の加算: NY−1回の計算クロック + 計算ステップ<D9.>のNZ−1回の加算: NZ−1回の計算クロック + 計算ステップ<D13.>のNX加算: NX回の計算クロック + 計算ステップ<D14.>のNY加算: NY回の計算クロック + 計算ステップ<D15.>のNZ加算: NZ回の計算クロック 加算器AADDの計算クロックの数は全部で: 2*(NX+NY+NZ)+3 特殊算術演算装置S: + 計算ステップ<D1.>の1回の丸め: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D2.>の1回の丸め: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D3.>の1回の丸め: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D7.>の1回の丸め: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D8.>の1回の丸め: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D9.>の1回の丸め: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D7.>の1回の乗算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D8.>の1回の乗算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D9.>の1回の乗算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D16.>のNXモジュロ計算: NX回の計算クロック + 計算ステップ<D17.>のNYモジュロ計算: NY回の計算クロック + 計算ステップ<D18.>のNZモジュロ計算: NZ回の計算クロック + 計算ステップ<D24.>の1回の乗算: 1回の計算クロック + 計算ステップ<D25.>の1回の乗算: 1回の計算クロック 特殊算術演算装置Sの計算クロックの数は全部で: NX+NY+NZ+11 補間表INTTABL,INTTABK及びINTTABMへのアクセス: + 計算ステップ<D10.>のNX回のアクセス: NX回の計算クロック + 計算ステップ<D11.>のNY回のアクセス: NY回の計算クロック + 計算ステップ<D12.>のNZ回のアクセス: NZ回の計算クロック 補間表INTTABL,INTTABK及びINTTABMへのアクセスの 際の計算クロックの数は全部で: NX+NY+NZ 乗算器MR: + 計算ステップ<D28.>のNX回の乗算: NX回の計算クロック + 計算ステップ<D30.>のNX*NY回の乗算: NX*NY回の計算ク ロック + 計算ステップ<D32.>のNX*NY*NZ回の乗算: NX*NY*N Z回の計算 乗算器MRの計算クロックの数は全部で: NX+NX*NY+NX*NY*NZ 乗算器MI: + 計算ステップ<D29.>のNX回の乗算: NX回の計算クロック + 計算ステップ<D31.>のNX*NY回の乗算: NX*NY回の計算ク ロック + 計算ステップ<D33.>のNX*NY*NZ回の乗算: NX*NY*N Z回の計算クロック 乗算器MIの計算クロックの数は全部で: NX+NX*NY+NX*NY*NZ 加算器AR: + 計算ステップ<D34.>のNX*NY*NZ回の加算: NX*NY*N Z回の計算クロック 加算器AI: + 計算ステップ<D35.>のNX*NY*NZ回の加算: NX*NY*N Z回の計算クロック 乗算器IMUL + 計算ステップ<D20.>のNX*NY回の乗算: NX*NY回の計算ク ロック + 計算ステップ<D21.>のNX*NY*NZ回の乗算: NX*NY*N Z回の計算クロック 乗算器IMULの計算クロックの数は全部で: NX*NY+NX*NY*NZ 演算子OP(場合により不要であることもある、計算ステップ<D22.>参 照): + 計算ステップ<D22.>のNX*NY*NZ回の演算: NX*NY*N Z回の計算クロック 乗算器GMUL: + 計算ステップ<D23.>のNX*NY*NZ回の乗算: NX*NY*N Z回の計算クロック 加算器GADD: + 計算ステップ<D23.>のNX*NY*NZ−1回の乗算: NX*NY *NZ−1回の計算クロック 支持点SPを処理するための個々の機能ブロックの作業
負荷が示すように、実際の上で重要な場合であるNX≧
2及びNY≧2及びNZ≧2の場合ではすべての機能ブ
ロックの作業負荷は、バスBへのアクセスの際に計算ク
ロックにより生ずる値2*NX*NY*NZより小さ
い。従ってこれらすべての計算ステップは適切な時間的
並列に相互にかみ合った処理(Verzahnung)
により直交座標周波数立方体へのアクセスの背後に隠す
ことができる。VGR−ASICの処理能力として、支
持点SPを処理するための2*NX*NY*NZ回の計
算クロックの持続時間が生ずる。
【0176】制御装置SW:VGR−ASICのインタ
ーフェースを制御し、機能ブロックでの計算のシーケン
スを制御し、アドレス生成を引受ける。
【0177】図5に示されているVGR−ASICのア
ーキテクチャは、VGR−ASICのすべての計算がメ
モリSKARTへのアクセスの背後に隠れるように構成
されている。従って直交座標周波数立方体のVGR−A
SICのメモリSKARTへのアクセス幅は、VGR−
ASICの処理能力を決める。
【0178】メモリSKARTの中の直交座標周波数立
方体へのVGR−ASICの最大アクセス幅は、VGR
−ASICがメモリSKARTへのただ1つのアクセス
権を有する場合に得られる。これにより、時間がかかり
分割不可能な読出し・変更・書込みアクセスと、メモリ
SKARTへのアクセスの際に必要な裁定とを回避でき
る、すなわちこのような読出し・変更・書込みアクセス
及び裁定は、メモリSKARTへの複数の加入者のアク
セスの際に通常は必要となる。これは、複数のプロセッ
サがメモリSKARTの中の直交座標周波数立方体への
アクセス権を分かち合わなければならないマルチプロセ
ッサシステムを有する3Dグリッディングアルゴリズム
の実現に対する、請求項2に記載のVGR−ASICの
使用の重要な利点である。複数の加入者がメモリSKA
RTへのアクセスを有する場合、メモリSKARTへの
アクセス帯域幅は裁定の手間に起因して減少する。
【0179】処理すべき支持点SPは、重み補間の場合
及び3Dグリッディングの場合、所属のメモリSKAR
T Sn及びSKARTG SGnを有する(請求項2
に記載の)VGR−ASIC Gnのn=1〜n=NE
のNEユニットEnに配分できる。
【0180】従って重み補間及び3Dグリッディングは
NEユニットEnで並列に処理できる。重み補間及び3
DグリッディングがすべてのNEユニットEnで終了す
ると直ちにVGR−ASICのメモリSnへのアクセス
を除去できる。次いで別の1つの加算ユニットADD_
SにメモリSnへのアクセスを付与でき、加算ユニット
ADD_SはすべてのNEメモリSnの直交座標周波数
立方体を加算する。これらの加算の結果は直交座標周波
数立方体であり、この直交座標周波数立方体は、すべて
の処理すべき支持点SPを考慮することにより形成され
る。
【0181】この場合に3Dプリグリッディングを実行
することは、すべての処理すべき支持点SPを有するユ
ニットE1により行われる。しかしこの場合、ユニット
E1の中に含まれている直交座標重みマトリクスはメモ
リSKARTG SG1により重み補間及び3Dグリッ
ディングの実行前にユニットE2〜ENEのメモリSK
ARTG SG2〜SGNEにコピーされなければなら
ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の思想を説明するための扇形ビームを有
するコンピュータ断層撮影装置の重要な部分を示す略図
である。
【図2】本発明を説明するためのブロック線図である。
【図3】本発明を説明するためのブロック線図である。
【図4】本発明を説明するためのブロック線図である。
【図5】本発明を説明するためのブロック線図である。
【符号の説明】
1 X線放射器 2 検出器 3 被検体 4 システム軸線 5 X線ビーム束 6 計算機 7 モニター 7 測定領域

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3次元フーリエ再構成のための3Dグリ
    ッディングアルゴリズムをコンピュータ断層撮影装置に
    適用できるように周波数空間の中のランダム分布の支持
    点SPを重み付けする、周波数空間の中のランダム分布
    支持点の重み付け方法において、 A) 3Dプリグリッディングプロセスステップを具備
    し、前記3Dプリグリッディングプロセスステップでは
    すべての前記支持点SPに対して実際の関数値の代りに
    関数値1.0をとり、前記3Dプリグリッディングプロ
    セスの結果は直交座標ラスタの中の実数重み立方体FM
    Gであり、前記実数重み立方体FMGでは関数値は支持
    点SPの分布不均一性を表わし、3Dプリグリッディン
    グアルゴリズムでは3Dグリッディングアルゴリズムの
    場合と全く同様にそれぞれの点が直交座標重み立方体の
    直交座標グリッドのNX*NY*NZ個の点KRに寄与
    し、3Dプリグリッディングに対しては3Dグリッディ
    ングの場合と全く同様に補間表INTTABL(x),
    INTTABK(y)及びINTTABM(z)を使用
    し、ただしx,y及びzは直交座標ラスタ点KRと支持
    点SPとの間の間隔を表し、 B) 更に重み補間ステップを具備し、前記重み補間ス
    テップでは支持点SPのための重みGEWを重み立方体
    FMGのNX*NY*NZ個の点KRGから求め、前記
    点KRGは3Dグリッディングプロセスの3次元補間窓
    の中に位置し、前記点KRGの関数値FKRGを評価関
    数BFにより関数値FKRGKに変換し、前記評価関数
    BFは実質的に、初期値の適切に制限された逆数を形成
    し、前記重みGEWを前記点KRGの関数値FKRGK
    から次のように求め、すなわち前記点KRGのそれぞれ
    の前記関数値FKRGKを、相応する補間重みINTT
    ABL(x)*INTTABK(y)*INTTABK
    (z)と乗算し、結果を加算し、ただし結果は重みGE
    Wであり、x,y及びzは前記点KRGのそれぞれの直
    交座標ラスタ点と支持点SPとの間の間隔を表すことを
    特徴とする周波数空間の中のランダム分布支持点の重み
    付け方法。
  2. 【請求項2】 3次元フーリエ再構成法により測定デー
    タから画像を再構成する計算機(6)を具備するコンピ
    ュータ断層撮影装置において、3次元グリッディングア
    ルゴリズム及び請求項1に記載のアルゴリズムを処理す
    るための特別の演算装置(VGR−ASIC)を設け、
    前記演算装置(VGR−ASIC)は、一般的に直交座
    標ラスタの中に位置しないランダム分布支持点SPに由
    来する寄与の直交座標周波数立方体への付加分を形成す
    ることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
  3. 【請求項3】 A) VGR−ASICのインターフェ
    ースとして入力データバスA及び所属のアドレスバスA
    DR_Aを設け、前記入力データバスA及び所属の前記
    アドレスバスADR_Aは次のデータを前記VGR_A
    SICに転送し、すなわち前記データとは、 a)初期化フェーズの間の動作モード(3Dプリグリッ
    ディング又はステップ毎の重み補間を有する3Dグリッ
    ディング)と、 b)前記VGR−ASICによる3次元グリッディング
    アルゴリズムの実行に必要なパラメータ値と、 c)3次元グリッディングアルゴリズムにより直交座標
    周波数立方体への寄与が定められる支持値SPの関数値
    と、 d)一般的に直交座標ラスタの中に位置しない支持値S
    Pの座標か又は前記VGR_AICにより前記支持値S
    Pの直交座標の自動的生成のための付加値の座標とであ
    り、 B) 更に前記VGR−ASICのインターフェースと
    して双方向データバスB及び所属のアドレスバスADR
    _Bを設け、前記双方向データバスB及び所属の前記ア
    ドレスバスADR_Bを、直交座標周波数立方体への請
    求項2に記載の支持点SPに由来する寄与の付加分を形
    成するのに用い、 C) 更に前記VGR−ASICのインターフェースと
    して双方向データバスC及び所属のアドレスバスADR
    _Cを設け、前記双方向データバスC及び所属の前記ア
    ドレスバスADR_Cを、メモリSKARTGの中の直
    交座標重み立方体への請求項2に記載の支持点SPに由
    来する寄与の付加分を形成するためと、メモリSKAR
    TGの中の直交座標重み立方体のデータから請求項1に
    記載の重み補間のためとに用いることを特徴とする請求
    項2に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  4. 【請求項4】 直交座標周波数立方体をメモリSKAR
    Tの中に記憶し、前記メモリSKARTをVGR−AS
    ICにデータバスB及びアドレスバスBを介して接続
    し、前記VGR−ASICの中に設けられている演算装
    置を、前記VGR−ASICが行わなければならないす
    べての計算を前記メモリSKARTへのアクセスの背後
    に隠すことができるように構成し、前記VGR−ASI
    Cの計算能力を、前記メモリSKARTへの最大アクセ
    ス帯域幅を使用できるように形成することを特徴とする
    請求項1又は2に記載のコンピュータ断層撮影装置。
  5. 【請求項5】 3次元フーリエ再構成法で測定データか
    ら画像を再構成する計算機(6)を具備するコンピュー
    タ断層撮影装置において、演算装置が、それぞれ所属メ
    モリSKART及びSKARTGを有する複数のVGR
    −ASICの並列配置から成り、従って支持点SPの前
    記VGR−ASICへの配分により、直交周波数立方体
    への前記支持点SPに由来する寄与の付加分の形成を並
    列処理により加速できることを特徴とするコンピュータ
    断層撮影装置。
JP9111324A 1996-04-29 1997-04-28 周波数空間の中のランダム分布支持点の重み付け方法及び該重み付け方法を実施したコンピュータ断層撮影装置 Withdrawn JPH1043176A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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DE19617162.8 1996-04-29
DE19617162A DE19617162C2 (de) 1996-04-29 1996-04-29 Verfahren zur Anwendung eines 3D-Gridding-Prozesses in einem Computertomographen sowie Computertomograph zur Durchführung des Verfahrens

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JP9111324A Withdrawn JPH1043176A (ja) 1996-04-29 1997-04-28 周波数空間の中のランダム分布支持点の重み付け方法及び該重み付け方法を実施したコンピュータ断層撮影装置

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