- Головна
- статті
- Науки про життя
- Інші науки про життя
- Дифузна флуоресцентна томографія для ранньої діагностики раку
Щорічно в світі реєструється близько 6 мільйонів нових випадків захворювання на рак. Одним з ключових чинників в боротьбі з цією страшною хворобою є діагностика пухлин на ранніх стадіях. Застосування методів оптичної біомедичної діагностики в поєднанні з технологіями обробки графічних даних дозволяють знаходити злоякісні новоутворення в 100 разів швидше.
Дифузна флуоресцентна томографія (ДФТ) - один з нових сучасних методів оптичної діагностики пухлин. В організм вводяться спеціальні флуоресцентні маркери (складні органічні молекули), які прикріплюються до злоякісних клітин. Підсвічування тканин на певній довжині хвилі викликає флуоресценцію маркерів, і її реєстрація дозволяє визначити місце розташування пухлини.
Основна складність методу ДФТ полягає в тому, що світло, що проходить в біологічних тканинах, піддається сильному розсіюванню. Тому безпосередньо побачити обриси світиться області, особливо якщо вона розташована на значній глибині, неможливо.
В результаті експериментів з різним розташуванням підсвічування і детекторів фахівці Інституту прикладної фізики РАН розробили спеціальні алгоритми реконструкції тривимірного розподілу флуорофорів в тканинах, які дозволяють точно визначити місце розташування і геометрію пухлини.
Лабораторія біофотоніки Інституту прикладної фізики РАН (див. Список структурних підрозділів інституту) створена більше 15 років тому, в даний час займається розробкою методик і створенням приладів для оптичної біомедичної діагностики. Одним з ключових напрямків ведуться досліджень є розробка оптичної дифузійної томографії та її флуоресцентної модифікації.
Олексій Катич, молодший науковий співробітник Інституту, зазначає: «У своїх дослідженнях ми використовували метод Монте-Карло (ММК) - метод чисельного моделювання поширення випромінювання в середовищі. При всіх своїх перевагах, цей метод вимагає великих обчислювальних ресурсів системи: моделювання типовою ситуації вимагає розрахунку близько мільярда випадкових траєкторій! На проведення одного експерименту спочатку у нас йшло чимало часу - до декількох годин. Це було неприйнятно. Перенесення обчислень на архітектуру графічних процесорів NVIDIA CUDA дав більше ніж стократний приріст продуктивності. Середній час отримання результату зменшилася з двох з половиною годин до 1,5 хвилин. Скорочення часу розрахунків дозволило збільшити число траєкторій і, як наслідок, значно підвищити точність результатів ».
Застосування даного алгоритму моделювання не обмежується завданнями дифузійної флуоресцентної томографії. У перспективі передбачається його використання в плануванні променевої терапії. Відомо, що цей метод активно застосовується в лікуванні онкологічних захворювань, але має ряд побічних ефектів - при радіаційному впливі зона опромінення визначається недостатньо точно, тому виникає ризик пошкодити здорові органи. Якщо ж навчитися точно моделювати проходження випромінювання через все тіло, процедура стане більш ефективною і безпечною. Рішення такого завдання вимагає величезних обчислювальних потужностей, забезпечити в прийнятний час можуть тільки графічні процесори.
Детальну інформацію про проект можна отримати у його куратора Михайла Кириліна (kirillinufp.appl.sci-nnov.ru) або провідного програміста Іллі Фікса (FiksIIyandex.ru).
Читати статті за темами:
Помилка в тексті?
Виділи її та натисни ctrl + enter