提高英特尔® 至强® 处理器 5500 系列的医疗成像性能

时间:2013-02-02   来源:   网友评论:0   人气: 233 作者:

提高英特尔® 至强® 处理器 5500 系列的医疗成像性能

标签:

下载文章

下载提高英特尔® 至强® 处理器 5500 系列的医疗成像性能 [PDF 488KB]


摘要

医疗成像领域竞争激烈,那些占据市场的产品可在最短时间内提供最好的图像以保证患者诊断与治疗的准确性,从而最大程度提高了医疗质量及医务人员和医疗设备的效率。医疗成像技术的演进导致数据集越来越大,算法也越来越复杂,从而不断推高了对处理能力的要求,并为性能优化拓展了许多机会。本简介介绍了为优化英特尔® 至强® 处理器 5500 系列图像重建算法所做的工作。与原始代码相比,该工作将速度提高了 50 倍。内容包括应用特性描述(计算与数据访问)、性能增强工作(线程与高速缓存优化)及性能问题(线程开销与数据访问模式)。


简介

医疗成像扫描仪种类繁多,但大多数有一些共性:它们会产生巨大的数据流,而这些数据流需要进行处理以生成有利于诊断的图像。一些常见的成像系统(或所谓的医疗器械)有计算机断层扫描 (CT)、磁共振成象 (MRI)、正电子发射断层显像 (PET)、及单光子发射计算机断层成像术 (SPECT)。

如你所想,图像质量对于诊断的准确性极为关键。在许多情况下,获取图像所需的时间在向患者提供恰当护理的过程中具有十分重要的作用。扫描仪收集数据的时间与其将数据处理成图像的时间相比显得非常短,但是,在允许患者离开之前,常常有必要看到图像,以确定获得了正确的图像。显然,这一处理时间限制了成像研究的次数,成像研究可在随时进行,并会影响医务人员和设备的效率(及投资回报)。从多个方面来说性能都很关键。

所需的处理量取决于具体的医疗器械,但一般会需要服务器集群或者甚至专用硬件在合理的时间内提供图像。最近,英特尔® 至强处理器 5500 系列帮助我们裁剪了一半的服务器(与前代服务器相比),但随着扫描仪分辨率的提高,对处理速度的要求会继续增加。


医疗成像设备介绍

医疗成像扫描仪(被称为医疗行业的医疗设备)并不会生成图像,而是产生巨大的数据流,工作人员需要对处理这些数据流以重建对诊断有用的图像。所需重建处理的详情依不同的医疗设备而有所不同。


图 1a


图 1b
 
CT 扫描仪及重建的轴向立体切面图


CT (即计算机断层扫描)扫描仪当这个环形物旋转,人体会穿过环形物的小孔。检测器的检测数据表示 x 射线能量的数量,该能量使其沿着检测器和 x 射线源之间的一系列射线穿过身体。检测器的数据用于重建表示人体内部结果的图像(立体切面图)。CT 对于骨骼尤其灵敏。图 1 向我们展示了横截面,其中有肋骨、脊柱和一些内脏。



图 2a


图 2b
 
运行中的 MRI 扫描仪及人类头骨盖的重建立体切面图


MRI(磁共振成像)包括在强烈的磁场及脉冲射频场中,对组织中能量状态变化的测量。一系列传感器可检测到这些能量变化及内部组织结构图像中的后处理结果。MRI 非常易于区分不同的组织类型。图 2 所示为人体头骨的横截面,详细展示了大脑、眼睛、鼻子、嘴巴及其它构造。



图 3a


图 3b
 
盖子打开的 PET 扫描仪及重建的立体切断面,后者从新陈代谢活动方面对正常头颅及患有帕金森症的头颅进行了比较


PET 及 SPECT 为核成像技术,需要将放射性药物注入人体中,并会生成图像,显示组织和肌肉中的新陈代谢过程是如何消耗这些药物的。这两种设备的具体构造各不相同,但都可生成反应新陈代谢活动和非活动器官的图像。图 3b 对正常人体及(患有帕金森症)患者的头部 PET 图像进行比较。图 4b 所示为心脏的 SPECT“立体切片图”,其中的“明亮”部位表示心肌正在接收代表活体心脏组织的放射性示踪剂并使其进行新陈代谢。由于数据的嘈杂本质,PET 和 SPECT 图像比 CT 和 MRI 显示的内容要少,但可在计算密集型重建计算的帮助下处理这些噪音。


 

文章评论