Многомащабна хидродинамика помага на лекарите да предвиждат инфаркти

от 06 дек 2011г.

Миокардните инфаркти годишно повалят около 1,2 млн. души само в САЩ, като много от тях са фатални. Причината е най-вече атеросклероза на коронарните артерии, 70% от случаите са без предишни оплаквания.Това заболяване е много подло, обикновено симптомите не се проявяват външно докато не те поваля без дъх на земята. Докторите са в много неизгодно положение поради факта, че заболяването удря изненадващо.

Д-р Франк Рибицки (Dr. Frank Rybicki) директор на лабораторията по приложни образни науки в Болница за жени Бригман в Бостън, казва, че няма как да се предвидят местата на артериалните блокажи и за стенозата (стеснение) се разбира много късно и че ако има някакъв начин да се предвиди заболяването, преди да е причинило инфаркт и преди да са се проявили симптоми, то може да се помогне на много хора.

Рибицки и колегите му не могат да виждат в бъдещето, но с помощта на подобни алгоритми, които позволяват на Netflix да разбере кой филм искат да гледат потребителите или на астрономите да моделират космическото пространство, международен екип от изследователи - компютърни учени, доктори от Харвард, медици и специалисти по образна диагностика от болницата Бригман, в това число и д-р Рибцки, както и екип физици от Италия, и дизайнери на чипове от NVIDIA - събират в едно динамика на течностите, компютърни науки, физика и кардиология посредством специално изграден компютър от графични процесори.

Наричана многомащабна хидродинамика (multiscale hemodynamics), технологията не само позволява на докторите да видят точно как кръвта се движи в сърцето на даден пациент, но също така предвижда къде е най-вероятно да се образуват артериални блокажи. И прави това само с помощта на компютърно томографско изследване.

В момента докторите нямат друг избор. Артериалното дърво на всеки пациент е с уникална геометрия и няма как да има универсален модел, ако има съмнения за сърдечно заболяване в момента използваната процедура е коронарография - вкарва се катетър в съдовата система на пациента, който стига до сърцето и по този начин може да се види как циркулира кръвта в него. Това е процедура, която е инвазивна, скъпа и физически изтощаваща за телата на пациентите.

Компютърната томография е евтина и неинвазивна. Всяка лаборатория по образна диагностика притежава такъв скенер. С всяка изминала година скенерите се подобряват, позволявайки по точна диагностика. Изследователите в лабораторията по приложни образни науки в болница Бригман можели да видят потенциала на все по-добрите снимки правени от днешните скенери, но не са били подготвени да създават такива модели, които могат да предвижда миокардни инфаркти. Била потърсена помощта на компютърни учени, като д-р Ефтимиос Каксирас, директор на Института по Приложни изчислителни науки към Харвард. Прилагайки уравнения по физика и динамика на течностите, Каксирас и колегите му започнали да моделират коронарното дърво на всеки един пациент според снимките направени му от томографския скенер, което позволявало на докторите да виждат в сърцето на пациент без физически да са в него, и ето как способността да се виждат блокажите преди да са предизвикали инфаркт била налична.

Това никак не е било лесно, тъй като кръвта е много сложна среда за имитиране, като се имат предвид всичките й съставки (червени, бели кръвни клетки, плазма, както и разтворените в нея вещества), след това трябва да се вземе предвид и наситеността й с кислород, която влияе върху поведението на кръвта като течност.

Според Каксирас екипът се е обърнал към NVIDIA, заради цената и размерите на графичните им процесори в сравнение с суперкомпютрите на Blue Gene от IBM. Графичните процесори са много подходящи за определени математически проблеми.