Благодаря последним разработкам учёных из Рочестерского технологического института (РТИ) и Технологического института Джорджии (ТИД), появилась возможность осуществлять цифровое моделирование электрофизиологии сердца при помощи настольных компьютеров или даже сотовых телефонов, что ранее было доступно лишь при использовании суперкомпьютеров. Эти учёные разработали новый подход, который не только способен помочь в диагностировании сердечно-сосудистых заболеваний и тестировании новых методов лечения, но и раздвигает рамки кардиологии, открывая ворота для новых исследований сердца и получения новых знаний.
Заболевания сердца являются главной причиной смертности по всему миру, и моделирование работы сердца может оказаться полезным в изучении и лечении такого серьезного сердечного недуга как аритмия. Однако из-за сложной электрофизиологии клеток сердца и его тканей, моделирование аритмии требовало решения миллиардов дифференциальных уравнений и в прежние времена было доступно лишь тем, у кого была возможность применения для этого суперкомпьютеров.
Элизабет Черри, доцент и директор программы математического моделирования РТИ, соавтор статьи, в которой раскрывается новая методика, говорит, что новый подход открывает массу исследовательских возможностей, в том числе и перед студентами РТИ. Раньше моделирование на суперкомпьютере занимало большое количество времени, что накладывало известные ограничения и доставляло неудобства. Теперь же это сложный процесс доступен в режиме реального времени, что открывает перед исследователями целый мир возможностей.
«Такая визуализация может оказаться чрезвычайно полезной для врачей при решении различных кардиологических проблем, — сказал Абузар Кабудян, соавтор работы и научный сотрудник ТИД. – Например, доктор сможет увидеть, что произойдёт при установке кардиостимулятора в определённый участок тканей сердца. Или, если на руках у врача есть результаты компьютерной томографии конкретного пациента, он сможет ввести их в компьютерную модель и понять, что является причиной аритмии, и какие действия в этой связи можно будет предпринять для её устранения».
Новый подход заключается в применении кода WebGL для перенастройки видеокарт на выполнение вычислений, ускоряющих работу научных вычислительных приложений. Разработчики создали библиотеку, позволяющую с высокой производительностью осуществлять компьютерную обработку сложных задач, требующих крупномасштабного моделирования. Их модернизированная методика позволяет пользователям решать проблемы со скоростью суперкомпьютера, не выходя при этом за рамки привычного браузера.
Соавтор исследования, профессор физики из ТИД Флавио Фентон, уверяет, что сложное моделирование деятельности сердца, ранее являвшееся практически невозможным в клинических условиях из-за высоких требований к производительности вычислительных систем, теперь стало доступным и открывает широкие горизонты для моделирования работы сердца конкретного пациента.