NVIDIA wspomaga wczesne wykrywanie raka

Każdego roku na świecie notuje się sześć milionów przypadków zachorowań na raka. Wczesne wykrycie nowotworu jest jednym z głównych czynników niezbędnych do podjęcia skutecznej walki z tą chorobą. Połączenie biomedycznej diagnostyki medycznej z technologiami firmy NVIDIA umożliwia stukrotnie szybsze wykrywanie nowotworów złośliwych.

Dyfuzyjna tomografia fluorescencyjna (DFT) jest jedną z zaawansowanych metod optycznego diagnozowania nowotworów. W tej metodzie do organizmu pacjenta wstrzykuje się specjalne fluorescencyjne markery (złożone molekuły organiczne), które przylegają do komórek nowotworu. Następnie tkanki są naświetlane światłem o konkretnej długości fali, które sprawia, że markery zaczynają emitować światło fluorescencyjne i wskazują lokalizację nowotworów.

Podstawowym problemem techniki DFT jest znacząca dyspersja światła przechodzącego przez tkanki. Ten efekt sprawia, że kształt rozświetlonego obszaru staje się niewyraźny – szczególnie wtedy, gdy nowotwór znajduje się głęboko w ciele pacjenta.

Eksperci z Instytutu Fizyki Stosowanej Rosyjskiej Akademii Nauk RAS przeprowadzili serię eksperymentów z różnorodnymi konfiguracjami świateł i detektorów, które umożliwiły utworzenie specjalnych algorytmów odtwarzających trójwymiarowy rozkład fosforów w tkance i precyzyjne określenie kształtu oraz położenia nowotworu.

Aleksiej Katiczew, specjalista ds badań w instytucie, twierdzi: „Podczas czynności diagnostycznych stosujemy metodę Monte-Carlo, czyli numeryczną symulację rozprzestrzeniania promieni w badanym środowisku. Ta technika ma wiele zalet, ale wymaga dużej mocy obliczeniowej: przeprowadzenie typowej symulacji wiąże się z wykonaniem obliczeń ok. miliarda losowych ścieżek! Jedno obliczenie wykonane na komputerze wykorzystującym procesory centralne zajmowało mnóstwo czasu, często nawet klika godzin. Tak długi czas był nie do przyjęcia. Przejście na procesory graficzne firmy NVIDIA wykorzystujące architekturę CUDA poskutkowało ponad stukrotnym zwiększeniem wydajności pracy. Średni czas operacji został skrócony z 2,5 godziny do 1,5 minuty. Skrócenie tego czasu umożliwiło zwiększenie liczby ścieżek i znaczne usprawnienie dokładności badania.”

Przydatność opisywanego algorytmu nie ogranicza się wyłącznie do tomografii DFT. Naukowcy planują zbadać jego przydatność w czynnościach planowania radioterapii cząsteczkowej. Radioterapia jest często stosowana w leczeniu chorób onkologicznych, ale nie jest pozbawiona efektów ubocznych. Nadal nie można dokładnie obliczyć rozprzestrzenienia cząsteczek promieniowania w ludzkiej tkance, więc istnieje pewne ryzyko uszkodzenia zdrowych organów w trakcie terapii. Możliwość stworzenia modelu rozprzestrzenienia cząsteczek promieniowania przez całe ciało pacjenta, który brałby pod uwagę strukturę organów wewnętrznych poskutkowałaby zwiększoną precyzją terapii. Ten problem wymaga jednak zastosowania dużej mocy obliczeniowej, jaką mogą zapewnić wyłącznie procesory graficzne.

Zdjęcia: Dyspersja światła przechodzącego przez zarażone tkanki (kolor czerwony). Zdjęcia wykonane za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego.

Scroll to Top
Scroll to Top