Memory-efficient algorithm for stored projection and backprojection matrix in helical CT

投影(关系代数) 迭代重建 算法 计算机科学 加速度 计算 迭代法 图形处理单元 基质(化学分析) 计算机视觉 人工智能 并行计算 物理 经典力学 复合材料 材料科学
作者
Minghao Guo,Hao Gao
出处
期刊:Medical Physics [Wiley]
卷期号:44 (4): 1287-1300 被引量:9
标识
DOI:10.1002/mp.12118
摘要

Purpose Iterative image reconstruction is often time-consuming, especially for helical CT. The calculation of X-ray projections and backprojections are computationally expensive. Although they can be significantly accelerated by parallel computing (e.g., via graphics processing unit (GPU)), they have to be calculated numerous times on-the-fly (OTF) during iterative image reconstruction due to insufficient memory storage. In this work, the memory-efficient algorithm for stored system matrix (SSM) is developed for both projections and backprojections to avoid repeated OTF computations of system matrices. Methods The SSM algorithm is based on the shift-invariance for projection and backprojection under a rotating coordinate. As a result, the size of projection and backprojection matrices can be significantly reduced and fully stored in memory. The proposed method can be readily incorporated into iterative reconstruction algorithm with minor modification, i.e., by replacing OTF for SSM. Rigorous mathematical analysis is carried out to establish the shift-invariance for ray-driven projection and pixel-driven backprojection. Results Numerical results via GPU suggest that the proposed SSM method has improved computational efficiency from the OTF method, i.e., by three- to sixfold acceleration for the projection and 3- to 16-fold acceleration for the backprojection respectively for helical CT. Conclusions We propose a memory-efficient SSM algorithm for projections and backprojections so that system matrices can be fully stored on the state-of-the-art GPU to facilitate the rapid iterative helical CT image reconstruction.
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