Oko 6 miliona novih slučajeva oboljenja raka se registruju svake godine u svetu. Dijagnostika neoplazmi u ranoj fazi je jedan od ključnih faktora uspešne borbe protiv ove opake bolesti. Optičko-biomemedicinska dijagnostika, kombinovana sa NVIDIA tehnologijama omogućava otkrivanje malignih neoplazmi 100 puta brže.

 

Difuziona florescentna tomografija (DFT) je jedna od naprednih metoda optičke dijagnostike neoplazmi. Specijalni florescentni markeri (kompleksni organski molekuli) bivaju ubrizgani u organizam, gde se vezuju za maligne ćelije. Zatim se tkiva osvetle sa određenom talasnom dužinom čineći markere florescentnim, pa se detekcijom njihovog položaja lociraju i neoplazme.

Ključni problem DFT tehnike je u tome što se svetlo, na sebi svojstven način, značajno raspršuje kroz tkiva. Iz tog razloga je teško videti oblik osvetljene oblasti, pogotovo kada je negde duboko.

 

 

Eksperimenti sa drugačijim pozicijama svetla i detektora su dozvolili stručnjacima sa Instituta za primenjenu fiziku iz RAS da razviju specijalne algoritme za rekonstrukciju trodimenzionalne distribucije fosfora u tkivima, kako bi omogućili preciznu detekciju lokacije neoplazmi i geometrije.

 

Aleksei Katičev, mlađi istraživač sa instituta je izjavio: “Upotrebili smo Monte-Karlo metod u našim istraživanjima – numerička simulacija širenja radijacije u posredniku. Sa svim svojim prednostima, ova tehnika zahteva jake računarske resurse: simulacija tipične situacije traži kalkulaciju za oko milijardu slučajnih putanja! Trošimo jako puno vremena za samo jedan eksperiment na sistemu baziranom na centralnom procesoru – i do nekoliko sati. To nije bilo prihvatljivo. Prelazak na NVIDIA CUDA arhitekturu grafičkih procesora ubrzalo je performanse preko 100 puta. Prosečno vreme trajanja se smanjilo sa dva i po sata na 1,5 minuta. Smanjenje vremena nam je dozvolilo da povećamo broj putanja i da rezultate učinimo značajno preciznijim.”

 

Ovaj algoritam nije ograničen DFT sferom. Istraživači planiraju da istraže njegovu upotrebnu vrednost u planiranju terapije zracima. Opšte je poznato da se ova tehnika koristi za lečenje onkoloških bolesti, ali uz određene posledice. Konkretno, naučnici i dalje ne mogu precizno da izračunaju širenje radijacije u ljudskom tkivu – postoji rizik da se oštete zdravi organi pri upotrebi radijacije. Kada bi znali kako da modeliraju širenje radijacije kroz celo telo, uzimajući u obzir strukturu utrobe, lekari bi mogli precizno da izoluju željenu oblast. Ovakav problem zahteva jake računarske resurse koje mogu da omoguće jedino grafički procesori.

 

Biofotonična laboratorija na Institutu za primenjenu fiziku iz RAS (www.iapras.ru) je osnovana pre više od 15 godina. Trenutno razvija metode i dizajnira opremu za optičko-biomedicinsku dijagnostiku. Razvoj optičke difuzione tomografije i njene florescentne modifikacije je jedna od njenih ključnih oblasti istraživanja. Za detaljnije informacije kontaktirajte Mihajl Kirilina (kirillin@ufp.appl.sci-nnov.ru) i Iliju Fiksa (FiksII@yandex.ru).