Evaluation of State-of-the-Art Hardware Architectures for Fast Cone-Beam CT Reconstructions

Cover......Page 1
Medizintechnik – Medizinische Bildgebung,
Bildverarbeitung und bildgeführte Interventionen......Page 3
Evaluation of
State-of-the-Art
Hardware Architectures
for Fast Cone-Beam CT
Reconstruction......Page 4
ISBN 9783834817433......Page 5
Preface by the Series Editor......Page 6
Foreword by Professor Joachim Hornegger......Page 8
Acknowledgments......Page 10
Abstract......Page 12
Kurzfassung......Page 14
Contents......Page 16
1.1 Reconstruction Algorithms......Page 20
1.2 Hardware Variants......Page 23
1.4 Scope and Main Contribution of this Thesis......Page 25
1.5 Outline......Page 27
2.1 Prerequisites......Page 28
2.2 The Feldkamp Algorithm......Page 29
2.2.1 Algorithmic Steps......Page 30
2.2.2.1 Ramp Filtering......Page 32
2.2.2.2 Back-Projection......Page 33
2.2.3 Complexity Analysis......Page 36
2.2.3.1 Filtering......Page 37
2.2.3.2 Back-Projection......Page 38
2.3.1 The M-Line Method......Page 39
2.3.1.1 Algorithmic Steps......Page 42
2.3.1.2 Implementation Strategies......Page 44
2.3.2 Iterative Reconstruction......Page 49
2.3.2.1 Simultaneous Algebraic Reconstruction Technique......Page 50
2.3.2.2 Implementation Strategies......Page 51
2.4 Summary......Page 53
3.1 Motivation......Page 56
3.1.1 Cone-Beam CT Reconstruction......Page 57
3.1.2.1 Multi-Core and Multi-Processor Systems......Page 58
3.1.2.3 Common Unified Device Architecture......Page 59
3.2.1.1 Pipeline Design Pattern......Page 60
3.2.2.1 Master/Worker Design Pattern......Page 61
3.2.2.2 Combination with the Pipeline Design Pattern......Page 62
3.2.3.1 Processing Elements......Page 63
3.3 Implementation......Page 64
3.3.2 Participants......Page 65
3.3.3 Sample Code and Usage......Page 67
3.4 Summary......Page 70
4.1 Architecture......Page 72
4.1.1 The Power Processor Element......Page 73
4.1.2 The Synergistic Processor Elements......Page 74
4.2 Feldkamp Algorithm......Page 75
4.2.2.1 Problem Partitioning......Page 76
4.2.2.2 Main Memory Access......Page 82
4.3.1 Filtering......Page 84
4.3.2 Back-Projection......Page 85
4.4 Summary......Page 87
5.1 Architecture......Page 90
5.2.1 Filtering......Page 91
5.2.2 Back-Projection......Page 92
5.3 Results......Page 93
5.4 Summary......Page 94
6.1 Architecture......Page 96
6.2.2 Back-Projection......Page 99
6.3 Results......Page 104
6.4 Summary......Page 107
7.1 Architecture of the ImageProX Hardware......Page 108
7.2.1 Filtering......Page 109
7.2.1.2 Unscaled Precision Mode......Page 110
7.2.1.3 Implementation......Page 111
7.2.2 Back-Projection......Page 112
7.3.1 Simulation of  Bit-Accurate Filtering......Page 113
7.3.2 Filtering and Back-Projection......Page 114
7.4 Summary......Page 115
8.1 M-line Method......Page 116
8.1.1 Implementation......Page 117
8.1.2 Results......Page 119
8.2.1 Basic Structure of Ray Casting......Page 121
8.2.2 Implementation of Ray Casting......Page 124
8.2.3 Results......Page 127
8.3 Summary......Page 131
9.1 Summary......Page 132
9.2 Future Work......Page 135
Appendix A Geometry Parameter Extraction......Page 138
B.2 Dataset (b): Hip Junction......Page 140
Appendix C Acronyms......Page 144
List of Figures......Page 146
List of Tables......Page 148
List of Algorithms......Page 150
Bibliography......Page 152