ATOM 1.0:基于GPU的电子断层重构软件  

ATOM 1.0:A GPU Powered Package for Electron Tomography Reconstruction

作　　者：储琪[1] 张凯[2] 万晓华[1] 张茨[2] 张艳[2] 张广勇 沈铂 卢晓伟 赵开勇[3,4] 褚晓文[4] 张法[1] 孙飞[2] 

机构地区：[1]中国科学院计算技术研究所前瞻研究实验室,北京100190 [2]中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室,北京100101 [3]浪潮集团高效能服务器和存储技术国家重点实验室,山东250101 [4]香港浸会大学计算机系异构架构实验室

出　　处：《生物物理学报》2011年第3期231-241,共11页Acta Biophysica Sinica

基　　金：中国科学院知识创新工程重大研究项目"面向蛋白质科学的高性能计算研究"(KGCX1-YW-13)

摘　　要：电子断层成像技术能够在纳米尺度下重构出不具有全同性的细胞或大分子的三维结构,正受到越来越广泛的重视。针对现有电子断层成像技术中重构软件的不足,特别是迭代重构算法速度慢的缺点,我们开发了一款基于Graphic Processor Unit(GPU)平台的电子断层重构软件——ATOM,实现了图像对位、重构参数计算、三维重构及数据可视化等电子断层重构的基本功能。其中,在二维对位方面,ATOM实现了迭代的无标记平移和旋转对位;在三维重构方面,实现了背投影和多种迭代重构算法,并实现了迭代重构在GPU平台上的并行加速,获得了良好的加速比,如SIRT算法得到了47倍加速比。ATOM是绿色开源软件,可以运行在支持Qt和CUDA的所有操作系统上。ATOM为图形界面软件,结合详尽的安装及使用文档,便于用户使用。Electron tomography（ET） has been developed rapidly and applied widely in recent years,as it provides the prospects of reconstructing non-uniform cells or macromolecules in nano scale.To overcome the deficits of current ET reconstruction software packages,especially the large computations of ET iterative reconstruction algorithms,we have developed a Graphic Processor Unit（GPU） powered software,ATOM.Its main functions include：2D alignment,reconstruction parameters estimation,3D reconstruction,and 2D image visualization etc.In 2D alignment part,iterative fiducialess shift and rotation alignment methods are applied.In 3D reconstruction part,it supports Back Projection（BP）,several iterative reconstruction methods,and their parallel versions on GPU platform.The speedups of parallel iterative reconstruction methods are appealing,e.g.parallel Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques（SIRT） can achieve 47 times speedup in contrast to serial SIRT.ATOM is an open source software and can run on any platform that supports Qt and CUDA libraries.It has a friendly graphic user interface along with detailed manuals.

关 键 词：电子断层重构 GPU加速 图像对位 迭代重构 图形界面 

分 类 号：Q617[生物学—生物物理学]