在现代医疗成像技术中，计算机断层扫描（CT）是一种广泛应用的影像技术。它通过X射线扫描人体并进行图像重建，以便医生诊断和治疗。然而，随着图像分辨率的提高和扫描速度的加快，所需的图像重建处理能力也大大增加。为了满足实时处理的要求，研究者们提出了基于现场可编程门阵列（FPGA）的加速设计方法，以提高计算机断层扫描图像重建的速度和效率。
FPGA是一种特殊的集成电路，可以在电子系统交付之后进行编程和重新配置。它具有并行处理能力，非常适合于执行重复性高、速度要求快的任务。在图像重建的过程中，FPGA可以通过并行流水线技术来实现加速效果。
为了实现基于FPGA的CT图像重建加速，研究者首先将滤波反投影算法（一种常用的图像重建算法）进行了并行性分解，将一个复杂的问题拆分成可以并行计算的小问题。然后，采用并行流水线设计思想，构建了算法在FPGA上的总体结构。在具体实现中，研究者设计了滤波、反投影和循环累加等主要功能单元的电路，这些电路能够同时处理不同的数据集，显著提高处理速度。
在设计并行电路时，研究者需要关注几个关键的性能参数：一是电路的延时，即信号从输入到输出所需的时间；二是电路的工作频率，即电路能够进行计算的次数。为了优化性能，研究者可能需要进行电路的细化和优化，例如，使用流水线技术来减少延时，以及通过硬件资源的有效分配和调度来提高工作频率。
实现加速设计后，研究者在FPGA上实现了12条并行流水线重建系统，即在同一FPGA芯片上，有12个独立的处理单元同时工作，进行图像重建。这一设计显著提高了图像处理的速度和吞吐量。实验结果显示，相比于基于CPU的传统图像重建方法，基于FPGA的重建系统不仅加快了处理速度，而且还能保持较好的图像重建质量，重建出的图像绝对误差小于0.4，加速比可达100倍以上。这一点在处理大规模重建图像时尤为明显，加速效果更为显著。
文章中提到的关键词包括FPGA、图像重建、并行计算和加速。这些词汇准确地概括了该研究的核心内容。其中，FPGA体现了硬件加速的关键技术，图像重建是目标应用，而并行计算则是实现加速的手段，加速则是整个设计的最终目的。
文章的发表信息显示，该研究成果受到了国家重大科学仪器设备开发专项和国家科技支撑计划的支持，这表明国家层面对此类研究的重视。而且，FPGA技术在CT图像重建加速领域的应用不仅有助于医疗成像技术的进步，还可能在其他需要高速数据处理的领域有更广泛的应用前景。
该设计经过了严格的实验验证，并且在实际应用中表现出了优异的性能，这对于从事图像处理、硬件加速、医疗成像系统开发等领域的专业人士具有重要的参考价值。通过了解和学习该设计，相关领域的工程师和技术人员可以深入理解并行计算和FPGA加速技术在实际问题中的应用，进而在自己的项目中运用这些知识，推动技术的创新和发展。
