Antialiasing alkalmazása GPU-alapú PET rekonstrukcióban

A pozitronemissziós tomográfia (PET) napjaink egyik legfontosabb nukleáris gyógyászati képalkotó technikája. Erőssége más típusú orvosi képalkotó technikákhoz, mint például a röntgenhez, CT-hez vagy MRI-hez képest abban áll, hogy a szervezet anatómiai felépítése helyett annak belső működését, úgy mint a véráramlást, oxigénfelvételt és az anyagcserét méri, ezáltal lehetővé téve az orvosok számára a különböző szervek és szövetek aktuális állapotának vizsgálatát.

A PET vizsgálat során a páciensbe kis mennyiségű radioaktív anyagot, úgynevezett nyomjelzőt fecskendeznek, amely szétterjed a testben és felszívódik a szövetekbe. A kibocsátott sugárzást a PET készülék észleli, és számítógépes analízis segítségével rekonstruálja a nyomjelző háromdimenziós térbeli eloszlását. A fokozott anyagcseréjű sejtek, mint például a rákos sejtek több nyomjelzőt szívnak fel, így fényes foltként jelennek meg a rekonstruált képen. A PET képalkotás segítségével az olyan súlyos betegségek, mint a tumor, koszorúér-betegség, Alzheimer-kór, epilepszia és Parkinson-kór még a tényleges anatómiai változások bekövetkezése előtt kimutathatóak és kezelhetőek.

A képrekonstrukció több százmillió egyenlet megoldásából áll a mérési folyamat közben. Ezt a számítási intenzív feladatot a grafikus feldolgozóegység (GPU) valósítja meg, kihasználva a masszívan párhuzamos architektúráját a számítások felgyorsítására.

A rekonstrukciós folyamat során egy iteratív séma kerül alkalmazásra, minden iterációban egyre pontosabb becslést kapva a nyomjelző eloszlásáról. A rekonstrukció γ-foton párok észlelésén alapul, melyek a radioaktív anyag és a test sejtjei közti kölcsönhatás során kerülnek kibocsátásra. A pár két fotonja a páciens körül elhelyezkedő detektorgyűrű két átellenes pontjába csapódik be. Minden átellenes detektor pontpár egy Line Of Response-t (LOR-t) alkot, és a γ-foton ütközések várható száma egy kettős integrál segítségével számolható ki a LOR-ok, valamint az annak végpontjait összekötő vonalszakasz pontjai felett. Az ütközések várt és ténylegesen mért számának összehasonlításával a radioaktív nyomjelző sűrűségeloszlásának becslése korrigálható.

Dolgozatom első részében azt vizsgálom, hogy a számítógépes grafikában használt antialiased vonalhúzó algoritmusok segítségével hogyan lehet hatékonyan közelíteni a vonalintegrál értékét egy LOR mentén, illetve hogy ez milyen hatással van a rekonstrukció sebességére. A későbbi fejezetekben bemutatom a dinamikus PET rekonstrukciót, ahol a nyomjelző eloszlása időben változik. E modell szerint a mért terület egy pontja egy előzetesen becsült pálya mentén halad. Ha ezt a pályát megfelelően kicsi, egyenes szakaszokkal közelítjük, az antialiased vonalhúzó algoritmusok alkalmazhatóak a pont hatékony nyomon követésére a rekonstrukció során.

szerző

• 
  Varnyú Dóra
  Mérnök informatikus szak, alapképzés
  alapképzés (BA/BSc)

konzulens

• 
  Szirmay-Kalos László
  egyetemi tanár, Irányítástechnika és Informatika Tanszék

helyezés