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Einrichtungen >> Technische Fakultät (TF) >> Department Informatik (INF) >> Lehrstuhl für Informatik 5 (Mustererkennung) >>
Techniken der Hardware-Beschleunigung für die 3D Bildrekonstruktion aus Projektionen in Kegelstrahlgeometrie

Im Rahmen einer Kooperation des Lehrstuhls für Mustererkennung, Siemens Healthcare (Geschäftsgebiet CV) und der Intel Corporation werden seit November 2004 neuartige bildgebende Verfahren in der Computertomographie (CT) und deren Realisierung mittels unterschiedlicher Hardwarearchitekturen untersucht. Im besonderen Interesse stehen (iterative) Algorithmen für die 3D Rekonstruktion in C-Bogen CT Systemen.

Die Rekonstruktionsverfahren in der CT erfordern einerseits aufgrund der zu verarbeiteten Menge von Projektionsdaten und andererseits aufgrund der Größe und Anzahl der zu berechnenden Schnittbilder eine extrem hohe Rechenleistung des eingesetzten Rekonstruktionssystems. Die vorherrschenden Anforderungen an die Rechenzeit in Produktivsystemen erfordern nach dem heutigen Stand der Technik weiterhin den Einsatz hochperformanter Hardwarekomponenten. Im Fokus dieses Projekts steht die parallelisierte Umsetzung von verschiedenen Rekonstruktionsalgorithmen auf Multiprozessorsystemen, Grafikkarten (NVIDIA CUDA, Intel Larrabee), Spezialprozessoren (IBM Cell), sowie auf rekonfigurierbarer Beschleunigerhardware, die auf Field Programmable Gate Array (FPGA) Technologie basiert.

Dabei wurden bisher neue Ansätze für iterative Rekonstruktionsverfahren als auch des Feldkamp Verfahrens mittels CUDA auf Grafikkarten untersucht. Da ein Vergleich publizierter Ergebnisse in diesem Bereich praktisch kaum bzw. nicht möglich ist, wurde ein standardisierter Datensatz mit zugehöriger Messsoftware veröffentlicht. Die Leistungsfähigkeit der entwickelten hochoptimierten many-core CPU Implementierungen wurden auf der dazugehörigen Webseite "www.rabbitct.com" gezeigt. Außerdem wurden die Erkenntnisse auf Intels neue Hardwarearchitektur, Larrabee, übertragen, und um Techniken erweitert, die deren neue Funktionen ausnutzen.

Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. Joachim Hornegger, Dr.-Ing. Markus Kowarschik

Beteiligte:
Dr.-Ing. Benjamin Keck, Dipl.-Inf. Hannes Hofmann, Dr.-Ing. Holger Scherl

Stichwörter:
Computertomographie; 3D-Rekonstruktion; Hardwarenahe Programmierung; Parallele Algorithmen; Performanzanalyse; CUDA; Larrabee; GPU

Laufzeit: 1.11.2004 - 31.3.2011

Förderer:
Siemens AG Healthcare Sector (Components & Vacuum Technology)
Intel Corporation

Kontakt:
Keck, Benjamin
E-Mail: keck@informatik.uni-erlangen.de
Publikationen
Keck, Benjamin: Medical Image Reconstruction using Graphics Hardware (CUDA).Vortrag: Gastvortrag, Radiological Sciences Laboratory, Stanford University School of Medicine, Stanford University, CA, USA, 11.11.2009
Keck, Benjamin ; Hofmann, Hannes ; Scherl, Holger ; Kowarschik, Markus ; Hornegger, Joachim: High Resolution Iterative CT Reconstruction using Graphics Hardware. In: Yu, Bo (Hrsg.) : 2009 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record (IEEE Medical Imaging Conference 2009 Orlando, USA - 31 Oktober 2009). N/A : Omnipress, 2009, S. 4035-4040.
Hofmann, Hannes ; Keck, Benjamin ; Rohkohl, Christopher ; Hornegger, Joachim: Towards C-arm CT Reconstruction on Larrabee. In: Tsui, Benjamin M. W. (Hrsg.) : Proceedings of 10th Fully 3D Meeting and 2nd HPIR Workshop (10th Fully 3D Meeting and 2nd HPIR Workshop Beijing 5-10.9.2009). 2009, S. 1-4.
Rohkohl, Christopher ; Keck, Benjamin ; Hofmann, Hannes ; Hornegger, Joachim: RabbitCT - an open platform for benchmarking 3D cone-beam reconstruction algorithms. In: Medical Physics 36 (2009), Nr. 9, S. 3940-3944
[doi>10.1118/1.3180956]
Keck, Benjamin ; Hofmann, Hannes ; Scherl, Holger ; Kowarschik, Markus ; Hornegger, Joachim: GPU-accelerated SART reconstruction using the CUDA programming environment. In: Samei, Ehsan ; Hsieh, Jiang (Hrsg.) : Proceedings of SPIE (Medical Imaging 2009: Physics of Medical Imaging Lake Buena Vista 7-12.2.2009). Bd. 7258, 1. Aufl. Lake Buena Vista : SPIE, 2009, S. 72582B.
Scherl, Holger ; Keck, Benjamin ; Kowarschik, Markus ; Hornegger, Joachim: Fast GPU-Based CT Reconstruction using the Common Unified Device Architecture (CUDA). In: Frey, Eric C. (Hrsg.) : Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference 2007 (2007 Nuclear Science Symposium, Medical Imaging Conference Honolulu, Hawaii (USA) 30.10. - 3.11.2007). Bd. 6. 2007, S. 4464-4466. (Nuclear Science Symposium Conference Record, 2007. NSS '07. IEEE) - ISBN 978-1-4244-0922-8
Scherl, Holger ; Hoppe, Stefan ; Dennerlein, Frank ; Lauritsch, Günter ; Eckert, Wieland ; Kowarschik, Markus ; Hornegger, Joachim: On-the-fly-Reconstruction in Exact Cone-Beam CT using the Cell Broadband Engine Architecture. In: .. (Hrsg.) : Proceedings Fully3D Meeting and HPIR Workshop (9th International Meeting on Fully Three-Dimensional Image Reconstruction in Radiology and Nuclear Medicine Lindau July 9 - 13, 2007). 2007, S. 29-32.
Scherl, Holger ; Koerner, Mario ; Hofmann, Hannes ; Eckert, Wieland ; Kowarschik, Markus ; Hornegger, Joachim: Implementation of the FDK Algorithm for Cone-Beam CT on the Cell Broadband Engine Architecture. In: Hsieh, J. ; Flynn, M. J. (Hrsg.) : Proceedings of SPIE (SPIE Medical Imaging - Physics of Medical Imaging San Diego 17-22.2.2007). Bd. 6510. 2007, S. 651058.
Weinlich, Andreas ; Keck, Benjamin ; Scherl, Holger ; Kowarschik, Markus ; Hornegger, Joachim: Comparison of High-Speed Ray Casting on GPU using CUDA and OpenGL. In: Buchty, Rainer ; Weiß, Jan-Philipp (Hrsg.) : Proceedings of the First International Workshop on New Frontiers in High-performance and Hardware-aware Computing (HipHaC'08) (First International Workshop on New Frontiers in High-performance and Hardware-aware Computing (HipHaC'08) Lake Como, Italy 8.11.2008). Bd. 1, 1. Aufl. Karlsruh : Universitätsverlag Karlsruhe, 2008, S. 25-30. - ISBN 978-3-86644-298-6
Hofmann, Hannes: Fast CT Reconstruction Using a Standardized Benchmark.Vortrag: 22. PARS - Workshop, GI/ITG-Fachgruppe 'Parallel-Algorithmen, -Rechnerstrukturen und -Systemsoftware (PARS)', Parsberg in der Oberpfalz, 5.6..2009
Bührle, Elmar ; Keck, Benjamin ; Böhm, Stefan ; Hornegger, Joachim: Mehrstufige zeit- und bewegungsabhängige Rauschreduktion in Echtzeit mittels CUDA. In: Meinzer, Hans-Peter ; Deserno, Thomas Martin ; Handels, Heinz ; Tolxdorff, Thomas (Hrsg.) : Bildverarbeitung für die Medizin 2009 - Algorithmen Systeme Anwendungen (Bildverarbeitung für die Medizin 2009 - Algorithmen Systeme Anwendungen Heidelberg 22-25.4.2009). Bd. 1. Heidelberg : Springer, 2009, S. 464-468. - ISBN 978-3-540-93859-0
Scherl, Holger ; Kowarschik, Markus ; Hornegger, Joachim: Bit-Accurate Simulation of Convolution-Based Filtering on Reconfigurable Hardware. In: Hülsemann, Frank ; Kowarschik, Markus ; Rüde, Ulrich (Hrsg.) : Frontiers in Simulation (Simulationstechnique 18th Symposium in Erlangen 2005 Erlangen 12.-15. September 2005). Erlangen : SCS Publishing House e.V., 2005, S. 662-667. - ISBN 3-936150-41-9
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