新型GPU提高醫(yī)學(xué)成像處理速度

如今的醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域可以通過(guò)充分利用高速運(yùn)算技術(shù)來(lái)提高醫(yī)學(xué)成像的質(zhì)量，微處理器受到智能手機(jī)以及平板電腦的創(chuàng)新發(fā)展的推動(dòng)變得功能更加強(qiáng)大和低功耗。圖像處理的關(guān)鍵因素就在于成像速度、圖像尺寸以及分辨率。

最初由于硬件設(shè)備的局限性，醫(yī)學(xué)影像增強(qiáng)處理都是按照序列完成的。隨著硬件設(shè)備的不斷更新，現(xiàn)在醫(yī)學(xué)影像的增強(qiáng)處理可與其它運(yùn)算處理同步進(jìn)行。新一代的圖像處理平臺(tái)極大地促進(jìn)了醫(yī)療成像技術(shù)，另外，最新的處理能力、先進(jìn)的圖像增強(qiáng)算法能更有效地提高圖像的質(zhì)量以及處理速度。

通過(guò)運(yùn)用高速處理，圖像的成像時(shí)間也得到了大大的減少。例如，在3D結(jié)腸影像成像的過(guò)程中，通常醫(yī)生和病人都需要等待較長(zhǎng)的時(shí)間才能在顯示器上看到圖像。由于通常多組圖像都在一起處理，所需時(shí)間較長(zhǎng)，減少了醫(yī)院對(duì)病患數(shù)量的總處理能力。而且，在處理這些圖像的同時(shí)，也浪費(fèi)了醫(yī)生和病人的許多寶貴的時(shí)間。

圖形處理器(GPU)的強(qiáng)大計(jì)算功能與普通的CPU相比，有效地縮短了對(duì)圖像的處理時(shí)間。GPU內(nèi)置的處理能力能保證更有效的處理圖像。此類處理器之前一直被用于電腦游戲中，用來(lái)計(jì)算移動(dòng)的物體、陰影效果并產(chǎn)生極其逼真的圖像效果。如今，醫(yī)學(xué)成像的專家們運(yùn)用GPU的強(qiáng)大圖像處理功能來(lái)提高醫(yī)學(xué)圖像的質(zhì)量。

圖形處理器(GPU)

圖形處理器(GPU)得益于電腦游戲業(yè)的發(fā)展，提供的圖像處理速度是普通中央處理器(CPU)處理速度的許多倍。相比之下，圖像增強(qiáng)、重建和可視化很容易“熔一爐于”GPU，，因而價(jià)格也更顯得為合理。

從X光透視，醫(yī)療程序和診斷等方面考慮，都需要-影像增強(qiáng)處理實(shí)時(shí)進(jìn)行。通過(guò)運(yùn)用GPU，可以使幀頻達(dá)到每秒60幀(1024 x1024圖像)。GPU的處理能力達(dá)到每秒數(shù)百萬(wàn)次，且圖像的每個(gè)像素都可進(jìn)行上千次計(jì)算。一幅1024 x1024圖像大概有一百萬(wàn)像素，其中包含了有價(jià)值的診斷信息。在每秒60幀的幀頻保證下，GPU可以在每秒對(duì)六千萬(wàn)像素進(jìn)行信息處理。這種超高速的處理速度是傳統(tǒng)的CPU處理器所不能達(dá)到的，傳統(tǒng)的CPU的幀頻僅僅為每秒15幀.

GPU主板最初是為對(duì)圖像顯示要求較高的領(lǐng)域，例如電腦游戲領(lǐng)域來(lái)開發(fā)的。將GPU技術(shù)運(yùn)用在通用
計(jì)算中的處理器叫做通用計(jì)算圖形處理器(GPGPU)。近年來(lái)，這一領(lǐng)域在軟硬件方面都在加速發(fā)展。Cuda、OpenCL以及DirectCompute都是可支持GPGPU功能的軟件工具。

GPU也存在著一些不足。首先，GPU需要一臺(tái)電腦主機(jī)。GPU并不能獨(dú)立自主地進(jìn)行運(yùn)算處理，它需要中央處理器提供指令來(lái)運(yùn)行。其次，這種技術(shù)每6個(gè)月就會(huì)經(jīng)歷一次產(chǎn)品的更新?lián)Q代。在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，用戶們需要一種長(zhǎng)期穩(wěn)定有效的GPU主板。面對(duì)這個(gè)問(wèn)題，GPU的生產(chǎn)商們也暫時(shí)無(wú)法解決。最后，GPU主板的高功耗也是使用中的缺點(diǎn)之一-。

現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列

雖然不像GPU那么出名，但是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)是一種半導(dǎo)體設(shè)備，該設(shè)備具有可編程性的邏輯電路或模塊，它可以通過(guò)配置組合來(lái)完成復(fù)雜的功能。FPGA技術(shù)的運(yùn)算性能最佳，被運(yùn)用在電信以及衛(wèi)星領(lǐng)域。

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)小巧的編程FPGA芯片可隨其他硬件一起發(fā)揮特定的功能，例如影像增強(qiáng)，減少了用戶對(duì)硬件設(shè)備的需求，特別適合實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用。這個(gè)定制的解決方案具有更高的性價(jià)比。由于電路成本低，F(xiàn)PGA適合大規(guī)模的生產(chǎn)，但是研發(fā)的周期較長(zhǎng)。