Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
IT výzkum aplikovaný v kritických oblastech je pomyslnou třešničkou na dortu odborných aktivit na FIT VUT. Dvojnásob to platí o technologiích spjatých se zdravotnictvím. Rakovinou prsu během života onemocní přibližně každá dvacátá žena na světě, aktuálně jde o 2,3 milionu případů ročně. V drtivé většině zemí jde o nejčastější typ nádorového onemocnění postihujícího ženy. Výzkumná skupina Superpočítačových technologií (SC@FIT), vedená prof. Jiřím Jarošem, se řadu let podílela na velkém evropském projektu PAMMOTH. Ten se zaměřil na vývoj nové neinvazivní metody zobrazování prsu s cílem zpřesnit identifikaci a usnadnit hodnocení podezřelých nálezů. Profesor Jiří Jaroš stojí v čele výzkumné skupiny SC@FIT. | Autor: Martin HornýVýsledky projektu nyní shrnuje článek, na němž se podíleli naši odborníci Jiří Jaroš, Gabriel Bordovský a Jakub Budiský a který se dostal na stránky prestižního (Q1) odborného časopisu Photoacoustics vydavatelství Elsevier. Editoři jej vybrali přímo i pro obálku aktuálního vydání. Čím výzkum odbornou komunitu tak zaujal?
Hlavním výstupem projektu je nový zobrazovací systém PAM3. Ten dokáže odhalit běžné cysty, zvápenatění a jiné patologické jevy, které se mohou rozvinout v rakovinové bujení a které současné technologie mohou přehlédnout nebo je vyhodnotit nesprávně. PAM3 spojuje fotoakustickou a ultrazvukovou tomografii do jediného trojrozměrného vyšetřovacího modelu prsu. Díky této kombinaci dokáže získat nejen detailní obraz struktury tkáně, ale také informace o jejích funkčních vlastnostech. Fotoakustická tomografie využívá velmi krátké laserové pulzy, které bezpečně osvítí vyšetřovanou tkáň. Jednotlivé typy tkání (např. tuk, sval nebo kůže) absorbují světlo odlišným způsobem. Při absorpci vznikají slabé akustické vlny, které přístroj zachytí a software zpracuje. Na jejich základě pak dokáže odlišit různé druhy tkání a získávat informace například o okysličení krve. Pro vytvoření přesného fotoakustického obrazu je však nutné znát rychlost šíření zvuku v jednotlivých částech tkáně. Tu nejprve určí ultrazvuková část systému. Vzniklá mapa rychlosti zvuku se následně využije ke zpřesnění a zostření fotoakustického obrazu, aby byly viditelné i velmi jemné detaily. Právě spojení obou zobrazovacích metod s pokročilými rekonstrukčními algoritmy představuje hlavní přínos systému PAM3, jak potvrzuje i profesor Jaroš: „Klíčovou výhodou fotoakustické tomografie je využití kombinace světla a ultrazvuku namísto ionizujícího záření používaného při klasické mamografii. Vyšetření tak pacientku nezatěžuje radiací a lze jej bezpečněji opakovat, například při pravidelném sledování zdravotního stavu. Na rozdíl od výpočetní tomografie navíc metoda nevyžaduje použití kontrastních látek. Ve srovnání s běžným ultrazvukovým vyšetřením zase může poskytovat podrobnější informace o struktuře a vlastnostech tkání, které pomáhají lépe rozlišit zdravou tkáň od potenciálně nádorových změn.“
Prs se při vyšetření vkládá do průhledného pouzdra tvaru misky, jenž je naplněno tekutinou. Kolem něj rotuje soustava 512 ultrazvukových senzorů a 40 optických výstupů, které jej osvětlují z mnoha směrů. Zásadní je již zmíněný přínos pro samotné pacientky: Fotoakustické zobrazování pracuje bez rentgenového záření a bez podání kontrastní látky. Výzkum tedy vytvořil základ pro šetrnější a přesnější zobrazování prsní tkáně; jeho klinické využití nyní bude ověřovat studie na pacientkách.
K výsledkům projektu PAMMOTH nepatří pouze samotný vyšetřovací přístroj, ale i vývoj celé technologické platformy. Její součástí jsou například laditelný laserový systém, mimořádně citlivé ultrazvukové snímače, speciální testovací objekty a modely prsu nebo metody pro trojrozměrnou rekonstrukci obrazu a algoritmy korekce fotoakustického zobrazení. Dlouholetého projektu se vedle našich výzkumníků účastnili i odborníci z dalších osmi evropských výzkumných institucí. „Naše skupinka se podílela, jako vždy, na implementaci softwaru k tomuto přístroji. Jednalo se o síťové rozhraní, přes které se přijímají data ze scanneru do počítače, a dále o kompletní software, který z naměřených dat vytvoří výsledný obraz. Vymýšleli jsme akceleraci techniky rekonstrukce tak, aby to šlo celé zvládnout na jednom počítači,“ komentuje roli odborníků z výzkumné skupiny SC@FIT Jiří Jaroš.Autor: Projekt PAMMOTHKlíčovým úkolem do budoucna je rychlost výpočtů. Autoři plánují algoritmy výrazně urychlit, mimo jiné pomocí víceúrovňových metod a strojového učení. „Jednou z hlavních technologických výzev projektu je urychlení zpracování velkého objemu naměřených dat. Fotoakustická část systému je již ve vysoké fázi rozpracovanosti, a díky využití výpočetního výkonu grafických karet dokáže vytvořit výsledný obraz za méně než 30 minut. Ultrazvuková část se zatím nachází ve fázi prototypu a její výpočetní náročnost je výrazně vyšší. Zatímco fotoakustické měření vytvoří při jednom vyšetření přibližně 50 GB dat, ultrazvuková část může vygenerovat až 500 GB. Další vývoj se proto zaměřuje především na optimalizaci algoritmů a zrychlení celého procesu tak, aby bylo možné systém efektivně využívat v klinické praxi,“ shrnuje blízké cíle Jiří Jaroš. Dalším důležitým krokem budou rozsáhlé klinické studie, během nichž lékaři ověří přínos získaných obrazových dat a navrhnou postupy pro jejich správnou interpretaci. Cílem je umožnit co nejpřesnější rozpoznání nádorové tkáně a současně omezit počet falešně pozitivních nálezů na minimum.
Blahopřejeme výzkumníkům ze skupiny Superpočítačových technologií k publikaci v časopise – a především k zásadním vysoce aplikovaným výstupům jejich dlouholetého výzkumu.Zdroj: FIT VUT