По примеру разработчиков игр исследователи из университетов и медицинских центров США приступили к созданию параллельных программных платформ. Используя возможности современных трехмерных графических компонентов, эти платформы ускорят процесс обработки медицинских цифровых изображений в десятки, а может быть, даже и в тысячи раз.

В декабре прошлого года Национальный научный фонд предоставил разработчикам из Северо-Восточного университета в Бостоне и Массачусетского госпиталя (Massachusetts General Hospital, MGH) грант в размере 1,3 млн долл. Деньги были выделены на проектирование технологии, которая призвана расширить возможности медицинских программ обработки изображений, в том числе приложений, предназначенных для изучения снимков груди и головного мозга.

Ожидается, что поставки соответствующего программного обеспечения начнутся в конце 2010 года.

Представители MGH уже продемонстрировали преимущества параллельной технологии. Процедура обработки трехмерного радиологического снимка груди, длившаяся несколько часов, теперь занимает считанные секунды. При осмотре молочной железы у пациентки в случае необходимости сразу берут биопсию.

"Таким образом, скорость выявления в груди злокачественной опухоли существенно возросла, -- отметил профессор Дэйв Кейли, возглавляющий в Северо-Восточном университете коллектив создателей программного обеспечения параллельной обработки. — Влияние полученных результатов на психическое состояние пациентов, а также на стоимость лечения трудно переоценить".

Новые программные библиотеки помогут радиологам ускорить анализ снимков тканей и процедуру биопсии. Диагноз будет ставиться быстрее. Кроме того, программное обеспечение убыстрит доставку данных, запрашиваемых хирургами, и повысит эффективность лучевой терапии.

Команда Кейли разрабатывает программное обеспечение для систем, оборудованных графическими процессорами — высокопроизводительными вычислительными устройствами, у которых в одном чипе может размещаться до 200 ядер.

Коллектив разработчиков использует как закрытое программное обеспечение CUDA компании nVdia, так и открытые программные средства OpenCL (Open Computing Language), впервые предложенные компанией Apple. Программные компоненты Cuda и OpenCL формируют основу для последующего написания прикладных программ, которые будут выполняться на неоднородных графических платформах.

"Мы можем задействовать одну или сразу несколько графических плат, — пояснил Кейли. — Конечно, приложения придется время от времени обновлять, с тем чтобы с максимальной эффективностью использовать возможности параллельной обработки данных, поддерживаемые современными графическими платами".

"Программное обеспечение параллельной обработки поддерживает так называемую технологию итерационного восстановления радиологических снимков, — сообщил Хомер Пьен, начальник лаборатории медицинских расчетов и анализа изображений при Управлении радиологии MGH. — При трассировке рентгеновских лучей можно было бы применять те же механизмы компьютерной графики, с помощью которых в игровой отрасли осуществляется формирование изображений и моделируются маршруты прохождения светового потока".

Итерационное восстановление позволяет добиться очень высокой степени реализма, но требует интенсивной процессорной обработки. Поэтому спрос на графические процессоры и новую технологию параллельных вычислений растет. Благодаря итерационному восстановлению мы сможем работать с изображениями, имеющими более высокое разрешение, чем снимки, которые были получены с помощью компьютерной томографии, позитронно-эмиссионной томографии и методов магнитного резонанса. При этом уровень рентгеновского облучения окажется ниже.

"В конечном итоге изображения будут иметь более высокое разрешение, улучшенное соотношение сигнал/шум и меньшее число дефектов", — подчеркнул Пьен, разрабатывающий вместе со своим коллективом алгоритмы программ, которые должны повысить эффективность решения медицинских задач.

Из-за возникающих дефектов различные объекты (например, бляшки в артериях) могут иметь искаженную форму и размеры и казаться больше, чем на самом деле.

"Мы привыкли воспринимать медицинское учреждение как некое монолитное предприятие, которое вечно варится в собственном соку, но выяснилось, что и оно способно с выгодой для себя использовать решения, совершившие ранее революцию в области компьютерных игр", — добавил Пьен.

В настоящее время трое профессоров и десять аспирантов Северо-Восточного университета занимаются проектированием программного обеспечения параллельной обработки, которое будет запускаться на компьютерных системах с графическими процессорами. Члены команды надеются, что первая программная платформа, предназначенная для создания новых технологий обработки медицинских изображений, будет готова уже к концу текущего года.

Кроме того, коллектив из Северо-Восточного университета поддерживает тесные контакты с Управлением радиационной физики MGH и принимает участие в создании системы радиотерапии, работающей в режиме реального времени. Оперативная обработка изображений опухоли, находящейся в движении, позволяет повысить точность прямой радиационной терапии.

"Для того чтобы воздействовать излучением исключительно на опухоль, нужна очень высокая точность, требующая интенсивных вычислений даже при автономном подключении, — заявил Пьен. — Мы рассчитываем, что применение новых технологий повысит эффективность лечебных процедур для раковых больных".

Исследователи поддерживают связи с компанией SimQuest, выпускающей оборудование для моделирования хирургических операций. "Новые системы будут использоваться для обучения врачей удалению минных осколков, — сообщил Кейли. — Подобные хирургические операции в последнее время часто приходится проводить солдатам, пострадавшим от взрывов в Ираке и Афганистане.

Таким образом, формируется целая большая область, к которой сегодня проявляется повышенный интерес".

 

Лукас Мериан ведет в журнале Computerworld рубрики, посвященные средствам хранения, механизмам восстановления работоспособности систем после сбоев и обеспечения непрерывности их функционирования, инфраструктуре финансовых служб, а также применению информационных технологий в сфере здравоохранения. Электронную почту ему можно направлять по адресу lmearian@computerworld.com.