Nowości

Uniwersytet Harvarda: Szybsze wykrywanie ukrytych zagrożeń dla serca

 
 

Atak serca, najczęstsza przyczyna zgonów na świecie, ma miejsce, gdy blaszka miażdżycowa narastająca w ścianie tętnicy oderwie się i zablokuje dopływ krwi do serca.

WYZWANIE

Blisko 80% ataków serca powodowane jest przez blaszkę miażdżycową, której nie da się wykryć tradycyjnymi metodami obrazowania medycznego. Nawet w przypadku pozostałych 20% postawienie diagnozy wymaga inwazyjnych badań endoskopowych, pociągających za sobą konieczność wprowadzenia ponadmetrowej rurki do ciała pacjenta w celu zrobienia zdjęć blaszki w tętnicy.

Taki poziom niepewności w odniesieniu do dokładnej lokalizacji zagrażających życiu zmian miażdżycowych stanowi znaczne wyzwanie dla kardiologów. Z historycznego punktu widzenia, prawdziwą zgadywanką było dla nich ustalenie czy i gdzie umieścić stent u pacjentów z niedrożnością tętnic. Wiedza na temat położenia blaszek miażdżycowych pozwoli istotnie usprawnić opiekę nad pacjentami i uratować ich życie.

ROZWIĄZANIE

Zespół naukowców złożony z doktorów ze Szkoły Medycznej Harvarda oraz z placówki Brigham & Women's Hospital w Bostonie (stan Massachusetts) odkrył nieinwazyjną metodę wykrywania niebezpiecznych blaszek miażdżycowych w tętnicach pacjentów. Sięgając po moc obliczeniową układów GPU, badacze są w stanie stworzyć wysoce zindywidualizowany model przepływu krwi u pacjenta na podstawie badań hemodynamicznych. Narastanie blaszki miażdżycowej jest w dużym stopniu skorelowane z kształtem – lub geometrią – struktury tętnic pacjenta. Rozgałęzienia tętnic są na ogół obszarem szczególnie narażonym na powstawanie groźnych blaszek miażdżycowych.

Wykorzystując narzędzia do obrazowania, takie jak tomograf komputerowy, naukowcy są w stanie stworzyć model układu krążenia pacjenta. Następnie zaawansowany algorytm dynamiki płynów symuluje na komputerze przepływ krwi w ciele pacjenta w celu określenia miejsc w śródbłonku ściany tętnicy o zmniejszonym naprężeniu ścinającym.

Tak skomplikowany model wymaga zasymulowania przepływu miliardów cząstek przez system tętnic. Miejsce o zmniejszonym naprężeniu ścinającym wskazuje na obecność blaszki miażdżycowej uformowanej na wewnętrznej ścianie tętnicy i uniemożliwiającej kontakt strumienia krwi z wewnętrzną błoną. Symulacja dostarcza lekarzom rezultat w postaci mapy ryzyka zmian miażdżycowych. Mapa pokazuje kardiologom pozycję ukrytej blaszki i może służyć jako wyznacznik tego, gdzie ewentualnie należy wprowadzić stent – cała ta wiedza uzyskana została bez stosowania inwazyjnych technik obrazowania czy operacji diagnostycznych.

EFEKT

Jednostki GPU zapewniają w zastosowaniach typu rekonstrukcja obrazu i symulacja przepływu krwi 20 razy większą moc obliczeniową i o rząd wielkości większą wydajność w przeliczeniu na koszt inwestycji, czyniąc nareszcie te tak zaawansowane metody symulacji możliwymi do zastosowania w praktyce klinicznej. Bez układów GPU, ilość sprzętu komputerowego – wyrażona jego rozmiarami i kosztem – uczyniłaby metodę hemodynamiczną niemożliwą do zastosowania. Ponieważ przedstawiona technika jest w stanie wykryć niebezpieczne blaszki w tętnicach wcześniej niż jakakolwiek inna metoda, oczekuje się że to przełomowe rozwiązanie może uratować wiele istnień, jak tylko zostanie ono zaaprobowane pod kątem wdrożenia w szpitalach oraz w centrach badawczych.

320-rzędowy tomograf komputerowy umożliwił wykonywanie koronarografii obejmującej jeden pełen cykl pracy serca, dzięki czemu cały kontrast może zostać oceniony w jednej chwili. W rezultacie, pełen trójwymiarowy obraz systemu tętnic pozwala badaczom modelować – przy użyciu komputerowych symulacji przepływu płynów – przepływ krwi w tym systemie, a następnie obliczać naprężenia ścinające śródbłonka.



 
 
 
 
FacebookTwitterGoogle+Nasza KlasaLinkedIn