Revoluţionarea imagisticii sânului

23 DECEMBRIE 2008

În timp ce cea mai obişnuită metodă de detecţie timpurie a cancerului la sân este mamografia, criticii acestei proceduri cred că nu este neapărat cel mai eficient instrument pentru detectarea tumorilor şi s-ar putea să nu furnizeze întotdeauna rezultatele cele mai precise. Într-un studiu retrospectiv pe 10 ani al evaluărilor prin diagnosticare şi imagistică printre femei, au fost realizate un total de 9762 mamografii şi 10905 examinări clinice ale sânului, pentru o medie de 4 mamografii şi 5 examinări clinice ale sânului pentru fiecare femeie pe perioada celor 10 ani. Dintre femeile care au fost testate, 23,8% au avut cel puţin o mamografie pozitivă falsă, 13,4% au avut cel puţin o examinare a sânului pozitivă falsă, iar 31,7% au avut cel puţin un rezultat pozitiv fals pentru oricare dintre teste. Aceste teste pozitive false au condus la 870 programări ambulatorii, 539 mamografii de diagnostic, 186 examinări cu ultrasunete, 188 biopsii şi o spitalizare. În cei 10 ani, o treime dintre femeile testate au avut un rezultat al testului anormal care a necesitat evaluări adiţionale, chiar dacă nu prezentau cancer la sân. Studiul a concluzionat că sunt necesare tehnici care să scadă numărul rezultatelor pozitive false şi în acelaşi timp să menţină o sensibilitate ridicată.
Industria medicală caută continuu metode de a îmbunătăţii precizia procedurilor de testare a cancerului la sân. Diagnostice mai rapide şi mai precise pot de asemenea ajuta la menţinerea joasă a costurilor de sănătate şi să îmbunătăţească îngrijirea pacientului. În cazul unor proceduri mai confortabile şi mai scurte un procentaj mai mare de femei ar putea convinse să le urmeze.
Tehnologia tradiţională cu ultrasunete, care este des folosită pentru a produce imagini ale anatomiei interne, este o alternativă la mamografie. Această tehnologie foloseşte unde sonore care călătoresc prin apă şi sunt reflectate de ţesuturi, organe, oase şi alte substanţe anatomice pentru a crea o imagine în oglindă. Totuşi, dezavantajul este acela că imaginile tradiţionale cu ultrasunete pot fi destul de neclare, ceea ce face dificilă detectarea variaţiilor mici şi subtile ale ţesutului – precum în cazul unor forme timpurii de cancer. În plus, ultrasunetele tradiţionale identifică numai o posibilă masă, fără să distingă neapărat tipul de masă. Aceste limitări sunt similare problemelor întâlnite la mamografii.
Una dintre companiile care doreşte să se afirme în detecţia cancerului la sân este TechniScan Medical Systems. Aceasta este o companie privată de echipamente medicale implicată în dezvoltarea şi comercializarea unui sistem de imagistică cu ultrasunete revoluţionar, cunoscut ca UltraSound CT™, ce utilizează o nouă tehnologie cu ultrasunete bazată pe măsurări ale vitezei sunetului cât şi ale atenuării pentru a dezvolta o imagine tip 3D. Scopul este dezvoltarea unui sistem de scanare care să caracterizeze diferenţiat ţesuturile normale, benigne şi maligne.
Prin caracterizarea proprietăţilor ultrasunetelor pentru ţesuturile normale, benigne şi maligne, UltraSound CT poate ajuta doctorii în realizarea unor diagnostice potrivite, fără necesitatea unor proceduri suplimentare invazive. Acest tip de informaţie despre proprietăţile ţesutului pur şi simplu nu este disponibilă prin metodele de scanare tradiţionale şi poate fi obţinută de obicei numai prin biopsie.

Aplicaţie – Sistemul de Imagistică 3D UltraSound CT™
Sistemul UltraSound CT de la TechniScan este proiectat să furnizeze medicilor un nou instrument ne-invaziv de imagistică pentru diagnosticare, care poate furniza informaţii detaliate despre anatomia (ex. structurile fizice din interiorul sânului) şi patologia (ex. proprietăţile unui grup de ţesut) sânului.
Spre deosebire de ultrasunetele convenţionale pentru sân care măsoară ecoul undelor sonore care se reflectă de pe ţesuturi pentru a produce imagini, UltraSound CT foloseşte transmisia de ultrasunete pentru a produce două seturi de imagini unice ale sânului; una bazată pe viteza sunetului şi cealaltă bazată pe atenuarea sunetului. Imaginile de la aceste două măsurări diferite pot fi afişate în multe orientări pentru a fi verificate de un radiolog.
Traductoarele ultrasonice (unul este emiţător, iar celălalt este receptor) dispuse într-o parte şi alta a sânului fac 180 de poze, în timp ce se deplasează în jurul circumferinţei acestuia. Fiecare ciclu creează un “strat” de imagine, iar fiecare sân necesită în jur de 30-50 de straturi pentru a realiza o imagine completă a sânului. Traductoarele ultrasonice sunt conectate printr-un cablu la un sistem de achiziţie de date care foloseşte unul din noduri într-un cluster Linux de şapte noduri pentru a procesa datele ultrasonice brute pe un RAID de 2 TB (TerraByte). Pe măsură ce datele se formează cu fiecare felie transferată în memorie, restul nodurilor din cluster încep să calculeze imaginea din datele brute. Arhitectura distribuită foloseşte algoritmi originali patentaţi de TechniScan pentru a crea imaginea 3D a sânului.
Algoritmii unici de dispersie inversă permit UltraSound CT să producă imagini 3D care reprezintă cu precizie structurile fizice şi relaţia spaţială între acestea în interiorul sânului. În plus, dispersia inversă furnizează noi informaţii despre viteza şi atenuarea valorii sunetului pentru ţesuturile înregistrate în toate cele trei direcţii spaţiale. Această tehnologie complet digitală furnizează informaţii nedisponibile anterior medicilor în legătură cu proprietăţile ţesuturilor. Aceste informaţii pot îmbunătăţii încrederea în diagnosticare. De exemplu, sistemul este capabil să distingă proprietăţi unice ale ţesutului – suficient pentru a detecta un chist plin cu apă dintr-o masă solidă.
Un alt avantaj cheie al sistemului UltraSound CT este capabilitatea acestuia de a scana întregul sân, permiţând radiologului să localizeze şi să caracterizeze mai uşor zonele de interes care au fost identificate printr-un examen clinic sau prin mamografie. Aceste avantaje combinate pot oferi informaţii suplimentare care pot furniza o încredere mai mare în diagnostic pentru radiologi şi un examen sigur şi confortabil pentru femei. Drept rezultat, TechniScan speră să reducă necesitatea biopsiilor invazive dureroase.

Dificultăţi Tehnologice
Această aplicaţie necesită o putere mare de calcul pentru a procesa rapid cantitatea imensă de date. O scanare tipică a fiecărui sân poate genera aproximativ 30GB de date neprelucrate – sau 60GB în total pentru fiecare pacient. Transformarea acelor date într-o imagine necesită un algoritm de calcul intensiv. Imaginea 3D finală este de numai 16MB, dar este nevoie de un efort de calcul foarte mare pentru a crea acea imagine. Dezvoltările anterioare ale Sistemului de Imagistică a Sânului UltraSound CT™ s-au concentrat pe producerea de imagini de cea mai mare calitate pentru a obţine cele mai precise date. Totuşi, după îmbunătăţirea calităţii imaginii şi asigurarea preciziei rezultatelor cu imagistica revoluţionară pentru sân, TechniScan a trebuit să depăşească câteva piedici importante legate de performanţă. Metoda iniţială de scanare necesita aproape 20 de minute pentru un strat de 2mm din sân, un proces pe care TechniScan l-a redus la aproximativ 12 secunde pe strat sau 10 minute pentru fiecare sân, prin utilizarea unui sistem de achiziţie de date reproiectat care capturează date de 100 de ori mai repede decât modelul anterior. Deşi eforturile proprii de optimizare ale TechniScan le-au permis să reducă timpul necesar unui pacient de a sta nemişcat pentru scanare (mai puţin de 10 minute), aceştia nu au fost capabili să reducă timpul necesar pentru calculul şi producerea imaginilor 3D necesare pentru diagnostic. Sistemul curent încorporează un cluster Linux de 7 noduri construit cu şapte computere single board Kontron CP6011 care conţine un procesor Intel® Pentium® M la 1,8 GHz cu 2GB de memorie, conectate printr-un adaptor de canal de fibră optică la un sistem de stocare a datelor RAID de 2 TB (TerraByte). Timpul de procesare a imaginii pe acest sistem era de aproximativ 5 ore pentru un sân. Evident că sistemul era prea lent, astfel TechniScan a cerut Kontron şi Intel să colaboreze pentru a ajuta la reducerea timpului de creare a unei imaginii.
TechniScan a utilizat instrumentele de compilare şi optimizare ale Intel pentru a obţine cel mai bun timp de conversie posibil de la scanare până la imagine folosind această platformă: în jur de 2 ore şi jumătate. Chiar şi cu o arhitectură distribuită cu 7 noduri şi cu software optimizat, imagistica era încă prea lentă. S-a determinat că sistemul ea limitat de capacităţile de calcul ale procesoarelor sistemului. Pentru a putea fi comercializat cu succes, performanţa sistemului trebuia să satisfacă cerinţele clienţilor săi din domeniul sănătăţii. Aşteptările industriei se refereau la capacitatea de a vizualiza imaginile împreună cu pacientul, imediat după examinare. Deoarece procesarea porneşte la începerea examenului, scopul iniţial este acela de a produce imagini complete în mai puţin de 60 de minute.

Performanţe crescute cu arhitectură multi-core
Pentru a reduce substanţial timpul de procesare a imaginii, inginerii TechniScan au început să lucreze la schimbarea algoritmilor pentru a creşte viteza de calcul. Ei au apelat de asemenea la instrumentele Intel pentru a ajuta la reducerea timpului de calcul. Odată ce au atins limitele acelor instrumente, TechniScan a apelat la Kontron şi la Intel pentru a găsi o platformă de procesare mai puternică pentru a-şi atinge scopul.
După analizarea dificultăţilor de proiectare, a fost aleasă o platformă multi-core care să furnizeze performanţa cerută. Tehnologia de proces de 65nm a Intel face posibilă integrarea a două nuclee într-o singură structură fizică. Abordarea Intel asupra platformei pentru dezvoltare combină o arhitectură multi-core şi tehnologii complementare de optimizare a sistemului pentru a asigura procesarea scalabilă, eficientă energetic.
Procesorul Intel Core Duo furnizează aproape de două ori mai multă performanţă decât anteriorul Intel Pentium M 756, în acelaşi timp consumând aceeaşi cantitate de putere. Potrivit datelor Kontron de testare folosind o aplicaţie software single-threaded, plăcile Kontron care folosesc noile procesoare Intel Dual Core prezintă o creştere a performanţei în virgulă mobilă de peste 96,5%, performanţă sporită a valorilor întregi de peste 89,3% şi dublarea calităţii 3D. Pentru a îndeplini cerinţele aplicaţiei TechniScan UltraSound CT, Kontron a construit computerul single board CP6012 folosind un singur procesor Intel Core Duo T2500 la 2GHz cu 2GB de memorie a sistemului. Acest lucru a crescut numărul total al nucleelor de procesare de la 7 la 14 asigurând creşterea în performanţă necesară pe care o căuta TechniScan. Rezultatele iniţiale sunt încurajatoare şi arată că, împreună cu placa CP6012 cu T2500 de la Kontron, TechniScan poate realiza obiectivul iniţial de livrare a imaginilor în mai puţin de 60 de minute.

Kontron CP6012
CP6012 de la Kontron, o placă CPU 6U CompactPCI® cu procesorul Intel® Core™ Duo T2500 (2 GHz), un CPU puternic, foarte flexibil şi de înaltă densitate, proiectat pentru aplicaţii care necesită capacităţi ridicate de procesare distribuită şi gestionare de numeroase I/O. Cu chipset-ul său E7520 şi 6300ESB, acesta manevrează datele precum un server. Din moment ce Kontron dezvoltă plăci în conjuncţie cu maparea procesoarelor Intel, placa CP6012 a fost livrată în decurs de câteva săptămâni de la primirea mostrelor de chipuri. Statutul de membru în Intel® Communications Alliance permite Kontron să obţină specificaţii tehnologice avansate şi informaţii asupra modelului înainte ca noile chipuri să ajungă în stadiul de producţie.
Acest lucru înseamnă că asigură companiei posibilitatea de a îşi proiecta noua generaţie de produse, şi apoi să livreze clienţilor plăci în acelaşi timp în care Intel îşi lansează procesorul, ceea ce se poate traduce prin salvarea a luni din timpul necesar pentru livrarea produselor pe piaţă. Livrând un produs stabil bazat pe linia Intel de produse embeded, Kontron asigură că CP6012 oferă disponibilitate pe termen lung. Aceasta elimină riscul asociat cu schimbările neplanificate ale structurii modelului şi modificări neaşteptate ale aplicaţiei.
CP6012 oferă mai multe caracteristici şi extensibilitate decât oricare altă placă CompactPCI din clasa sa. Plăcile suportă o interfaţă CompactPCI configurabilă cu înlocuire dinamică (hot-swap) de 64-biţi, 66MHz. În slotul System Master este activată interfaţa, iar dacă este instalat într-un slot periferic, CP6012 este izolat de bus-ul CompactPCI. O altă caracteristică a CP6012 este suportul acestuia pentru specificaţia 2.16 a PICMG CompactPCI Packet Switching Backplane. Când este instalat într-un backplane care suportă comutaţia de pachete, CP6012 poate comunica prin două interfeţe Gigabit Ethernet cu alte periferice. Cu suportul hot-swap şi IPMI (Intelligent Platform Management Interface), CP6012 îndeplineşte cele mai înalte cerinţe în managementul aplicaţiilor de mare disponibilitate.
Kontron CP6012 oferă de asemenea un înalt grad de integrare şi cele mai recente tehnologii de interfaţare cum sunt PCI Express, până la 4 GB/400 MHz DDR2 SODIMM RAM (viteză de transfer de 6,4 GB/sec) şi o interfaţă serială rapidă Serial-ATA incluzând slotul pe placă de hard-drive sau Compact Flash. Patru interfeţe Gigabit Ethernet prin PCI Express (două pe backplane/două pe partea frontală), maxim 4xUSB 2.0, 1xCOM,VGA şi suport I/O în spate rotunjesc setul de caracteristici. Există loc de expansiuni particularizate pe un slot XMC sau alternativ PMC pentru card-uri mezanin. ATI ES1000 asigură performanţe grafice suficiente (VGA/CRT 1600×1200 pixeli la 85Hz). CP6012 este proiectat pentru stabilitate şi este montat într-un format rezistent, care se potriveşte în aplicaţii dure în medii industriale. Datorită construcţiei robuste a sistemului, acesta este ideal pentru sisteme de procesare a imaginilor în aplicaţiile medicale, cum este şi sistemul de imagistică TechniScan UltraSound CT.

Avantajele soluţiilor bazate pe standardele “blade”
Calculele serverului lamă (blade) oferă industriei serverelor multe avantaje în termeni de design, funcţionalitate şi cost total de proprietate. Potrivit IDC, tendinţa pieţei pentru piaţa blade a continuat să crească cu volume blade cu până la 50% de la an la an. Livrările de blade au crescut cu mai mult de 60% an după an după 2005 din moment ce managerii IT au început să adopte blade ca bloc de construcţie standard în infrastructurile lor IT virtuale.
Prin separarea CPU-ului şi a memoriei de alte componente cum sunt cablajul, alimentarea, conectivitatea la reţea şi sistemele de răcire, serverele blade pot reduce semnificativ arhitectura masivă ale serverilor de întreprinderi într-un factor de formă foarte compact şi dens. În consecinţă, un număr de servere blade pot fi combinate într-o singură sursă puternică de calcul. Spre deosebire de variantele lor tradiţionale cu sertare, serverele blade permit administratorilor să reducă puterea, ventilaţia şi necesităţile de spaţiu şi furnizează un avantaj real datorită uşurinţei şi vitezei la care acestea pot fi puse în funcţiune.
Serverele blade oferă scalabilitate ridicată într-un spaţiu mic şi flexibilitate a formei, putând fi folosite într-un singur şasiu – de la forme blade uni-procesor cu preţ scăzut la forme blade multi-procesor de înaltă-performanţă cum sunt clusterele folosite în sistemul TechniScan UltraSound CT. Standardizarea este printre problemele principale pe care trebuie să le rezolve furnizorii de servere blade. Multe companii sunt reticente la instalarea de arhitecturi proprietare în sistemele lor corporative deoarece ei se tem de opţiunile limitate pentru suplimentări şi termene limită tehnologice. Acest lucru a fost un factor cheie pentru aplicaţia TechniScan UltraSound CT, din moment ce compania a fost îngrijorată de investiţia în mulţi factori de formă diferiţi sau de blocarea sa într-o arhitectură proprietară cu o singură sursă. Arhitectura standard PICMG 2.16 uşurează procesul de integrare a produsului şi maximizează avantajul competitiv al unei companii pentru a se conforma ferestrei de timp până la lansarea pe piaţă. PICMG 2.16, sau CompactPCI Packet Switching Backplane, este una dintre cele mai noi specificaţii emise de PCI Industrial Computer Manufacturers Group (PICMG). PICMG 2.16 este o extensie a familiei de specificaţii PICMG 2.x care implementează o arhitectură de comutaţie pe bază de pachete pe structura CompactPCI. Aceasta permite elementelor dintr-un şasiu să fie considerate “elemente din reţea” spre deosebire de structura master/slave din arhitectura tradiţională CompactPCI pe bază de bus.
PICMG 2.16 a fost dezvoltat pentru a extinde viaţa sistemelor CompactPCI existente prin combinarea robusteţii moştenite şi a fiabilităţii CompactPCI cu modelele de comutaţie în pachete Ethernet. Platforma PICMG 2.16 a evoluat din confluenţa noilor aplicaţii de comunicaţie bazate pe IP, popularitatea crescândă a CompactPCI şi faptul că funcţia de comutaţie Ethernet IP a devenit topologia LAN dominantă pe piaţa întreprinderilor. Necesitatea sa a fost condusă de nevoia mereu prezentă de lăţime de bandă şi de presiunile de timp de lansare pe piaţă – ambele limitări inerente ale bus-ului PCI. Deşi PICMG 2.16 a fost proiectat să depăşească limitările bus-ului PCI, noua arhitectură este proiectată să completeze sistemele CompactPCI existente, nu să le înlocuiască – astfel extinzând viaţa arhitecturii familiare în format CompactPCI.
Proiectanţii de sisteme care se bazează pe PICMG 2.16 pot proiecta o bandă largă, sisteme excepţional de scalabile şi distribuite capabile să ofere înaltă disponibilitate şi caracteristici rezistente la erori (fault-tolerant) imposibile cu arhitecta existentă bazată pe bus. Kontron este un lider în asigurarea blocurilor cheie de construcţie. Plăcile CP6012 folosite în aplicaţia TechniScan UltraSound CT sunt complet compatibile PICMG 2.16. Ca un rezultat, plăcile sunt compatibile cu o gamă largă de componente

embeded modulare comerciale şi furnizează suport pentru sistemele de operare majore şi software în timp real. Kontron este unul dintre puţinii producători de CompactPCI care asigură suport in-house pentru majoritatea sistemelor principale de operare în timp real care sunt curent disponibile. Datorită relaţiei sale strânse cu producătorii de software, Kontron este în stare să producă şi să suporte BSP-uri şi drivere pentru cele mai recente revizii ale sistemelor de operare, pentru a profita rapid de pe urma schimbărilor în tehnologie. Din moment ce plăcile Kontron se bazează pe componente standardizate din industrie, acestea suportă majoritatea software-ului de clustering de terţă parte care permite oricărui proiectant, cum este TechniScan, să-şi adauge propriul software care să ruleze aplicaţiile cele mai intense de calcul. Configuraţia este extrem de scalabilă şi poate fi uşor modificată pentru a adăuga noduri fără a face nimic special cu excepţia recompilării software-ului.

Colaborarea între TechniScan, Intel şi Kontron
Una dintre valorile cheie pe care vânzătorii de tehnologie o pot asigura este crearea unei soluţii de tehnologie flexibilă care reacţionează la schimbările cerinţelor. TechniScan a apelat la Kontron nu numai pentru a furniza o soluţie care să ofere putere maximă de calcul, dar care să fie compatibilă cu celelalte componente necesare, şi totuşi suficient de flexibilă ca să fie adaptată să îndeplinească nevoile pieţei în dezvoltare şi să fie durabilă în timp. Kontron studiază segmentele de piaţă orizontală în faza de dezvoltare, alegând cele mai bune realizări tehnologice care vor oferi clienţilor cele mai multe avantaje. Odată ce acestea au fost identificate, Kontron priveşte segmentele de piaţă vertical pentru a furniza soluţii care sunt adaptate pentru fiecare segment de piaţă. Pentru ca această aplicaţie să fie un succes, Kontron a fost implicată în etapele timpurii şi pe tot parcursul procesului de concepţie. Kontron a utilizat relaţia sa strânsă de lucru cu Intel pentru a se asigura că TechniScan este în stare să obţină putere maximă disponibilă de procesare utilizând cele mai eficiente produse COTS (Common off the Shelf) compatibile Compact-PCI®. Prin utilizarea tehnologilor avansate cele mai recente bazate pe standarde deschise şi lucrând în echipă, Kontron şi Intel au fost capabile de a ajuta TechniScan să livreze o aplicaţie care ar putea să revoluţioneze detecţia cancerului la sân.

Sistemul de imagistică a sânului TechniScan UltraSound CT
TechniScan încă mai testează pentru a se asigura că Sistemul său 3D de imagistică a sânului UltraSound CT poate să funcţioneze în lumea reală la fel cum o face în mediul de testare. Kontron şi Intel continuă să lucreze cu ei pentru a se asigura că performanţele se vor ridica la rigorile mediului zilnic în care va fi utilizat sistemul. Pentru moment eficacitatea acestui nou instrument de diagnosticare este evaluată în teste clinice şi va fi în cele din urmă analizată pentru aprobare de către FDA.
www.kontron.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre