用GPU加速PET图像重建中射线追踪算法的研究.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonacceleratedraytracingmethodinPETimagereconstructionwithGPUByJianceXuSupervisor：Prof．WeijuanZhaoDr．BinZhangNuclearTechnologyandApplicationsSchoolofPhysicalScienceandEngineeringApril2014原创性声明本人郑重声明：

2、所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果．除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果．对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明．本声明的法律责任由本人承担．学位论文作者：徽日期．易膨衫月细学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学．根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的

3、全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文．本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学．保密论文在解密后应遵守此规定．学位论文作者：日期：乙f笋年／月20日摘要PET的图像重建一直都是PET研究的热点，由于所产生的射线数量巨大，因此计算量也非常庞大，尤其是用迭代算法来进行图像重建，所用时间更长。英伟达公司2007年推出了CUDA架构来实现大量数据在GPU上的的大规模并行运算。CUDA的计算架构是综合利用CPU和G

4、PU的优点，利用CPU来进行逻辑性的串行运算，而GPU则是被用来执行高密度的并行计算部分，这样做就可以充分利用CPU和GPU各自的优势，提高运算效率。本文研究和总结了CUDA的特点，程序架构，开发环境，程序执行模型等，然后利用CUDA在PET图像重建中来加速运算，重点研究的是系统响应矩阵的设计和在CUDA上的实现。本文的主要研究内容为：1．提出了一种PET迭代算法中系统响应矩阵的设计方法，该方法是基于射线追踪算法，先将元素平面划分为若干个像素单元，然后利用射线追踪计算出一条LOR线穿过的像素单元，并根据穿过的像素单

5、元计算出系统响应矩阵。2．结合GPU的硬件情况，将PET采集到的数据划分为合适的子集，并运用迭代算法进行图像重建，在这过程中运用CUDA来进行加速运算，包括射线追踪算法，系统响应矩阵的计算，图像的迭代计算都适合于在GPU上进行并行加速运算，而cPU则负责串行和逻辑控制部分。从实验结果来看，取得了令人满意的加速比，图像重建的质量也不错。关键词：GPU加速计算；PET系统；图像重建；射线追踪AbstractPETimagereconstructionhasalwaysbeenahotPETstudies，duetoth

6、ehugenumberofraysgenerated，andthereforeverylargeamountofcomputation，especiallyiterativealgorithmsforimagereconstruction，theuseofalongertime．NVIDIACUDAarchitectureintroducedin2007toimplementalotofdatainlarge-scaleparallelcomputingontheGPU．CUDAcomputingarchitect

7、ureisanadvantageofthecomprehensiveutilizationoftheCPUandtheGPU，theCPUutilizationofserialarithmeticlogic，whiletheGPUisemployedtoperformhigh-densitycalculationsectionparallel，thisCantakeadvantageoftherespectiveCPUandGPUadvantage，improveoperationalefficiency．This

8、papersummarizestheresearchandCUDAfeatures，applicationarchitecture，developmentenvironment，programexecutionmodels，etc．，andthenuseCUDAinPETimagereconstructiontoaccelerateoperations，fo