Desarrollo en GPU de algoritmos paralelos de procesado de imagen aplicados a la simulación del fenómeno de resonancia magnética

Abstract

La simulación del fenómeno de resonancia magnética (RM) resulta de especial interés tanto desde el punto de vista de la investigación científica como desde el de la formación de personal técnico. El diseño de simuladores de RM requiere considerar de forma simultánea la velocidad y el realismo con el fin de proporcionan interactividad, sin renunciar a su uso como herramientas de investigación. Este Trabajo de Fin de Grado presenta la implementación de un simulador de resonancia magnética sobre el framework OpenCLIPER. Se parte de los fundamentos de la simulación del fenómeno empleados por el simulador MRIsim.jl, el cual presenta resultados muy competitivos frente a otros simuladores existentes. Sin embargo, el diseño del simulador MRIsim.jl no se efectúo con el principal objetivo de alcanzar el máximo rendimiento posible. Cabe mencionar adicionalmente que, aunque el simulador funciona tanto en dispositivos CPU como GPU, estas últimas se encuentran limitadas a un único fabricante. El empleo de OpenCLIPER pretende solventar los dos inconvenientes anteriores, de forma que se posibilite el uso del simulador en cualquier dispositivo de cualquier fabricante, al mismo tiempo que se supere al simulador de partida en términos de rendimiento. Finalmente, el funcionamiento del simulador se valida de forma visual a partir de las imágenes reconstruidas por ambos simuladores ante un mismo proceso de simulación. La consecución del objetivo planteado se evalúa a través de la comparación de tiempos de ejecución entre ambos simuladores, la cual pone de manifiesto una reducción significativa de los tiempos en la nueva implementación desarrollada.

Magnetic resonance (MR) simulation is an area of particular interest both for scientific research and for the training of technical personnel. The design of MR simulators requires taking into account speed and realism at the same time in order to offer interactivity without giving up on the use of the simulator as a research tool. This Thesis presents the implementation of a MR simulator using the framework OpenCLIPER. The previously existing simulator MRIsim.jl is taken as the starting point in terms of the physical basis of the MR phenomenom due to its competitive results in comparison with other existing simulators. Nevertheless, the design of MIRsim.jl was not thought with maximum performance as the main goal. In addition, although this simulator works both in CPU and GPU devices, GPUs are limited to one certain vendor. OpenCLIPER arises as an answer for both previous disadvantages in order to make the use of the simulator in any device from any vendor possible and achieve higher performance at the same time. Finally, results are validated visually by means of the images produced by both simulators after an identic simulation. The achievement of the stated goal is assesed by the comparison of the executing times in each simulator, which shows a significant reduction in the new implementation presented.