Superkomputer wykryje osteoporozę

Badacze z Federalnego Instytutu Technologii w szwajcarskim Zurichu opracowali nową metodę precyzyjnej analizy wytrzymałości tkanki kostnej. Technika, opierająca się na pomiarach gęstości oraz parametrów mechanicznych próbki, ma szansę stać się za kilka lat istotnym elementem diagnostyki osteoporozy.

Opracowana procedura działa w oparciu o złożone symulacje generowane przez superkomputer Blue Gene/L firmy IBM, której pracownicy wsparli pracownikow Instytutu. Na podstawie analizy reakcji fragmentu kości na nacisk tworzona jest "mapa" naprężeń powstających w całej objętości próbki. Uzyskane wyniki pozwolą w przyszłości na dobór optymalnego sposobu leczenia osteoporozy, pomogą także w podjęciu decyzji o ewentualnym wszczepieniu metalowych płytek wzmacniających kość w miejscach najbardziej narażonych na pęknięcia. 

Aby przeprowadzić badanie, wystarcza pobranie próbki kości o wymiarach 5x5 mm. Materiał jest następnie poddawany różnorodnym próbom obciążeniowym, a zebrane z czujników informacje trafiają do komputera. Efektem pojedynczego testu, trwającego około dwudziestu minut, jest wytworzenie około... 90 GB danych. Oczywiście, są one następnie obrabiane do bardziej "przystępnej" formy, pozwalającej na interpretację przez lekarza.

Pozornie największą wadą metody jest konieczność użycia komputera klasy Blue Gene/L. Ilość przeprowadzanych obliczeń jest tak wielka, że nawet słynny komputer Deep Blue, znany z pojedynków szachowych z Garri Kasparowem pod koniec XX wieku, potrzebowałby na ich wykonanie niemal tygodnia. Na szczęście, porównanie to pokazuje jednocześnie, jak szybki jest rozwój informatyki. Jak ocenia dr Alessandro Curioni, pracujący dla laboratorium badawczego IBM w Zurichu, za dziesięć lat możliwości dzisiejszych komputerów będą osiągalne przy użyciu zwykłych komputerów biurkowych, dzięki czemu tego typu symulacje wytrzymałości tkanki kostnej staną się rutynową praktyką.

Pracujący w Federalnym Instytucie Technologii prof. Peter Arbenz, pomysłodawca nawiązania współpracy z Błękitnym Gigantem, tłumaczy, że najważniejszym wyzwaniem dla jego zespołu było stworzenie nowoczesnych i wydajnych algorytmów zdolnych do przepowadzenia tak złożonych symulacji. Choć dotychczasowe wyniki wydają się być bardzo obiecujące, badacz ocenia to osiągnięcie ostrożnie: Jesteśmy na początku ekscytującej podróży. Ten kierunek badań musi być utrzymany, byśmy mogli osiągnąć nasz cel. Kolejnym celem grupy będzie stworzenie algorytmu zdolnego do symulacji złamania kości u ściśle określonej osoby poddawanej badaniu. Osiągnięcie tego celu pomogłoby bez wątpienia w szybkiej i skutecznej diagnostyce osteoporozy oraz ocenie zagrożeń związanych z osłabieniem kości. Stawka jest niezwykle wysoka, gdyż chorobą jest zagrożonych aż 9 milionów osób w samej tylko Polsce.

Wyniki badań zaprezentowano na konferencji IACM/ECCOMAS 2008 w Wenecji.

osteoporoza IBM Blue Gene Blue Gene/L diagnoza diagnostyka