An FPGA-based 3D backprojector

Abstract

Subject of this thesis is the hardware architecture for the X-ray Computer Tomography. The main aim of the work is the development of a scalable, high-performance hardware for the reconstruction of a volume from cone-beam projections. A modified Feldkamp cone-beam reconstruction algorithm (Cylindrical algorithm) was used. The modifications of the original algorithm: parallelization and pipelining of the reconstruction, were formalized. Special attention was paid to the architecture of the memory system and to the schedule of the memory accesses.The developed architecture contains all steps of the reconstruction from cone-beam projections: filtering of the detector data, weighted backprojection and on-line geometry computations. The architecture was evaluated for the Xilinx Field Programmable Gate Array (FPGA). The simulations showed that the speed-up of the reconstruction of a volume is about an order of a magnitude compared to the currently available PC implementations.

Gegenstand dieser Dissertation ist die Hardware-Architektur für die Röntgen-Computertomographie. Das Hauptziel der Arbeit ist die Entwicklung einer skalierbaren, leistungsstarken Hardware für die Rekonstruktion des Objektvolumens bei der Kegelstrahlprojektion. Dazu wurde ein modifizierter Feldkamp-Kegelstrahl-Rekonstruktionsalgorithmus benutzt (Zylinder-Algorithmus). Die Abwandlungen des Original-Algorithmus, Parallelisierung und Pipelining der Rekonstruktion, werden formal beschrieben. Besonderes Augenmerk wurde auf die Architektur des Speichersystems und das Timing des Speicherzugriffes gelegt. Die entwickelte Architektur enthält alle Schritte der Rekonstruktion von Kegelstrahlprojektionen: die Filterung der Detektordaten, die gewichtete Rückprojektion und Echtzeit-Geometrieberechnungen. Die Architektur wurde für ein Field Programmable Gate Array (FPGA) der Firma Xilinx evaluiert. Die Simulationen zeigten, dass die zur Rekonstruktion des Objektvolumens benötigte Zeit im Vergleich zu konventionellen PC-Implementierungen um eine Größenordnung verkürzt wurde.