Nauki medyczne (1)

Opis problemu
Grupa biofizyków z Los Alamos potrzebowała sposobu na wizualizacje i analizę dużych zbiorów danych pochodzących z wielu źródeł oraz zobrazowanie warunków i procesów czynnościowych ludzkiego mózgu. Są to zbiory danych wielkości od kilkudziesięciu megabajtów do ponad gigabajta. Praca z tak dużymi zestawami danych w różnych formatach stanowi wyjątkowe wyzwanie.

Nieinwazyjne obrazowanie mózgu
Przed pojawieniem się nowoczesnych metod obrazowania mózgu, pacjenci musieli pogodzić się z ryzykiem narażenia na działanie promieniowania jonizującego w trakcie prześwietlenia. Dziś naukowcy wykorzystują nieinwazyjne metody obrazowania narządu mózgu, w celu wyświetlenia zarówno anatomii mózgu jak i funkcji mózgu, korzystając z zaawansowanych narzędzi, takich jak IDL do badania mózgu przy jednoczesnym zapewnieniu ochrony pacjentów przed niepożądanymi efektami ubocznymi.
Projekt obrazowania ludzkiego mózgu (Human Brain Project) prowadzony przez Narodowe Laboratorium Biofizyki z Los Alamos (LANL) bazujący na nieinwazyjnym obrazowaniu mózgu, pozwala zrozumieć ogólne funkcjonowanie mózgu, a także pomóc w zagadnieniach klinicznych, takich jak planowanie neurochirurgii, padaczka i terapii poudarowej. Aby dokonać postępów w badaniach, grupa projektowa stworzyła niestandardowe oprogramowanie bazujące na platformie IDL umożliwiające połączenie ogromnej wielkości plików danych pochodzących z wielu systemów obrazowania, w tym rezonansu magnetycznego (MRI), elektroencefalografii (EEG) oraz magnetoencefalografii (MEG), a następnie wyświetlenie i wizualizację tych danych w intuicyjny i przejrzysty sposób. Wszystko to w celu stworzenia mapy aktywności ludzkiego mózgu.

Magia MRIVIEW i IDL
Dzięki ogromnej wydajności obliczeniowej oprogramowania IDL, projektanci opracowali narzędzie o nazwie MRIVIEW, służące do przeglądania i manipulowania trójwymiarowymi danymi MRI głowy ludzkiej. MRIVIEW pozwala na odczytanie surowych danych MRI, ich przeglądanie w dwóch lub trzech wymiarach, segmentację struktur danych, ujednolicanie układów współrzędnych dla danych przestrzennych MRI oraz danych warunków czynności mózgu, a także przeglądania kombinacji informacji anatomicznych i czynnościowych mózgu.
MRIVIEW zawiera narzędzie obliczeniowe o nazwie Cortical Start Spatial-Temporal (CSST), pozwalające na przestrzenno czasową analizę kory mózgowej na bazie danych z MEG. Narzędzie CSST używa specjalnego interfejsu (Message Passing Interface) do uruchamiania wielu analiz w IDL w klastrze Linuxowym, a następnie zbiera i zapisuje wyniki tych obliczeń. Ponieważ naukowcy z LANL mają do dyspozycji maszyny wieloprocesorowe, CSST wykorzystuje wielowątkowe możliwości pakietu IDL celem dalszego przyspieszenia obliczeń. Przy użyciu maszyny jednoprocesorowej tego typu analiza mogłaby zająć kilka dni, więc „wykorzystanie możliwości przetwarzania równoległego przy użyciu IDL okazały się bardzo przydatne", stwierdza dr Ranken z LANL.

Dr Ranken docenia również IDL za jego elastyczność pozwalającą na pracę z innymi komercyjnych pakietami oprogramowania i językami:
„Dzięki IDL, mogę szybko zintegrować MRIVIEW z innym stworzonym oprogramowaniem, a to dlatego ponieważ IDL pozwala na łatwe połączenie z innymi aplikacjami, napisanymi w IDL, C, Fortran oaz MATLAB".

Kluczowe korzyści
  • MRIVIEW pozwala naukowcom na wizualizację dużych zestawów danych pochodzących z wielu źródeł oraz zapisanych w wielu formatach
  • Elastyczność IDL pozwala programistom szybką integrację MRIVIEW z innym oprogramowaniem
  • IDL umożliwia w łatwy sposób połączenie z innych pakietów, napisany w IDL, C, Fortran i MATLAB. IDL jest jedynym takim oprogramowaniem pozwalającym obsłużyć duże wieloformatowe obrazów

Inne przykłady wykorzystania IDL w obrazowani danych medycznych
Script logo