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)域可以通過充分利用高速運算技術(shù)來提高醫(yī)學(xué)成像的質(zhì)量，微處理器受到智能手機以及平板電腦的創(chuàng)新發(fā)展的推動變得功能更加強大和低功耗。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)影像的增強處理可與其它運算處理同步進行。新一代的圖像處理平臺極大地促進了醫(yī)療成像技術(shù)，另外，最新的處理能力、先進的圖像增強算法能更有效地提高圖像的質(zhì)量以及處理速度。
通過運用高速處理，圖像的成像時間也得到了大大的減少。例如，在3D結(jié)腸影像成像的過程中，通常醫(yī)生和病人都需要等待較長的時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，所需時間較長，減少了醫(yī)院對病患數(shù)量的總處理能力。而且，在處理這些圖像的同時，也浪費了醫(yī)生和病人的許多寶貴的時間。
圖形處理器(GPU)的強大計算功能與普通的CPU相比，有效地縮短了對圖像的處理時間。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，用來計算移動的物體、陰影效果并產(chǎn)生極其逼真的圖像效果。如今，醫(yī)學(xué)成像的專家們運用GPU的強大圖像處理功能來提高醫(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、重建和可視化很容易“熔一爐于”GPU，，因而價格也更顯得為合理。
從X光透視，醫(yī)療程序和診斷等方面考慮，都需要-影像增強處理實時進行。通過運用GPU，可以使幀頻達到每秒60幀(1024 x1024圖像)。GPU的處理能力達到每秒數(shù)百萬次，且圖像的每個像素都可進行上千次計算。一幅1024 x1024圖像大概有一百萬像素，其中包含了有價值的診斷信息。在每秒60幀的幀頻保證下，GPU可以在每秒對六千萬像素進行信息處理。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主板最初是為對圖像顯示要求較高的領(lǐng)域，例如電腦游戲領(lǐng)域來開發(fā)的。將GPU技術(shù)運用在通用計算中的處理器叫做通用計算圖形處理器(GPGPU)。近年來，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需要一臺電腦主機。GPU并不能獨立自主地進行運算處理，它需要中央處理器提供指令來運行。其次，這種技術(shù)每6個月就會經(jīng)歷一次產(chǎn)品的更新?lián)Q代。在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，用戶們需要一種長期穩(wěn)定有效的GPU主板。面對這個問題，GPU的生產(chǎn)商們也暫時無法解決。最后，GPU主板的高功耗也是使用中的缺點之一-。
現(xiàn)場可編程門陣列
雖然不像GPU那么出名，但是現(xiàn)場可編程門陣列(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，它可以通過配置組合來完成復(fù)雜的功能。FPGA技術(shù)的運算性能最佳，被運用在電信以及衛(wèi)星領(lǐng)域。
一般來說，一個小巧的編程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，減少了用戶對硬件設(shè)備的需求，特別適合實時處理的應(yīng)用。這個定制的解決方案具有更高的性價比。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。
數(shù)字信號處理器
數(shù)字信號處理器(DSP)是一種特殊的微處理器，用來進行實時處理。DSP的運算能力也越來越強大。一個高端的DSP電路可以和一個最新的CPU處理器核心單元具有幾乎同樣的計算能力，但功耗僅為CPU的幾分之一。上述的特性可以使DSP在移動手持設(shè)備或其它需要低耗電的設(shè)備上的圖像處理更加迅速。對制造商來說，以DSP處理器作為中心來建設(shè)系統(tǒng)要遠遠比以一般的CPU作為中心來建設(shè)要簡單的多，因為DSP在芯片上集成了很多接口功能。一些DSP芯片還兼具一般ARM處理器與DSP的功能。
加速處理器(APU)
目前最新的趨勢是將CPU和GPU的功能整合為一體，即加速處理器(APU)?，F(xiàn)有的系統(tǒng)一般建立在一個CPU和一個GPU芯片上，而目前AMD公司正在推出一種整合了CPU和GPU的芯片——AMD Fusion APU。Intel 公司(下一代芯片)和Nvidia公司(丹佛計劃)也正在加緊研發(fā)APU解決方案。
GPU、FPGA、DSP以及APU平臺與普通CPU系統(tǒng)相比，極大改進了醫(yī)學(xué)圖像增強的質(zhì)量。隨著現(xiàn)代微處理器不斷發(fā)展，人們更加有必要將此種高科技運用到醫(yī)療領(lǐng)域中去。醫(yī)療影像領(lǐng)域的每一個進步都為醫(yī)生提供了診治病人的便利條件，從而提高診斷的效率及準(zhǔn)確度。