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Des chercheurs du DKFZ et de Max Planck garantissent la sécurité des systèmes d'IRM avancés à l'aide de modèles humains virtuels
Des algorithmes améliorent les tests IRM spécifiques aux patients
« MATLAB fournit un environnement dans lequel la mise en œuvre de problèmes mathématiques peut être réalisée avec peu d'effort de programmation. La large gamme d’outils et la facilité d’utilisation… me permettent d’écrire des algorithmes rapidement et avec une grande efficacité de calcul. »
Principaux résultats
- La modélisation et la simulation informatiques étaient plus rapides car les experts du domaine pouvaient se concentrer sur les problèmes scientifiques au lieu de passer du temps sur les spécificités de la programmation.
- Des calculs précis du DAS en temps réel à l'aide de modèles humains virtuels ont posé les bases d'études IRM qui peuvent faire progresser la compréhension scientifique du cerveau humain sans compromettre la sécurité ou la conformité réglementaire.
- Le transfert et le déploiement transparents du code de DKFZ vers l’Institut Max Planck ont facilité la collaboration et l'utilisation d'algorithmes dans des environnements de calcul haute performance.
Le workflow pour les calculs du débit d'absorption spécifique (DAS) commence par un modèle humain virtuel en 3D. Une carte de points d'observation virtuels spécifiques alimente ensuite des matrices et des algorithmes de compression.
La division de radiologie physique médicale du Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ) à Heidelberg fait progresser les procédures diagnostiques et thérapeutiques basées sur l'image. Les scientifiques du Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ) collaborent avec des collègues du département de neurophysique de l'Institut Max Planck pour les sciences cognitives et cérébrales humaines (MPI CBS), qui utilise des techniques avancées d'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour explorer le cerveau.
Bien que les ondes radio IRM puissent être utilisées pour créer des images, elles augmentent également la température des tissus corporels. Pour assurer la sécurité des patients, les limites de cette exposition, appelée débit d’absorption spécifique (DAS), sont fixées à 4 watts par kilogramme pour l’ensemble du corps et à 10 watts par kilogramme pour toute partie ayant un volume moyen de 10 grammes. Les machines IRM plus anciennes utilisent un seul canal pour envoyer ces ondes radio, ce qui simplifie les calculs du DAS. En revanche, les machines IRM modernes utilisent plusieurs canaux pour améliorer la fidélité de l’image. Cependant, cette approche multicanal complique les calculs DAS, car ces derniers dépendent désormais d’une combinaison des amplitudes et des phases des signaux de tous les canaux. Cela implique des mathématiques complexes avec des matrices qui représentent les champs électriques et les propriétés des tissus, dérivées de simulations de modèles de corps humains virtuels, également connus sous le nom de médecine in silico. Ces simulations créent des millions de points de données, ce qui rend la surveillance DAS temps réel très difficile, pendant un examen IRM.
Le développement d’algorithmes de compression efficaces qui peuvent aider à simplifier ces données et à accélérer le calcul du DAS est un domaine de recherche actif. Au DKFZ, le Dr Stephan Orzada utilise MATLAB® pour développer des matrices de compression qui permettent un calcul de données plus rapide sans compromettre la précision. MATLAB a permis au Dr Orzada d’écrire des algorithmes rapidement et avec une efficacité de calcul élevée sans avoir besoin d’optimiser le code. Il a utilisé Parallel Computing Toolbox™ pour accélérer les calculs et Optimization Toolbox™ pour développer des algorithmes de compression.
Le Dr Mikhail Kozlov, scientifique à l'Institut Max Planck pour les sciences cognitives du cerveau humain, utilise Parallel Computing Toolbox et MATLAB Parallel Server™ pour résoudre les algorithmes du DKFZ sur des supercalculateurs modernes. Le Dr Kozlov utilise un scanner IRM multicanal à champ ultra-élevé pour comprendre l’activité cérébrale humaine. Ses recherches bénéficient grandement des calculs de modèles DAS spécifiques à chaque patient. Lui et ses collègues souhaitent utiliser des scans IRM structurels pour créer un modèle spécifique au patient, puis utiliser ce modèle le lendemain pour les calculs de sécurité des scans IRM fonctionnels. Cette rapidité d’exécution est rendue possible par les algorithmes avancés du DKFZ et les capacités de mise à l’échelle de MATLAB. Cette collaboration a abouti à un processus d’évaluation du DAS spécifique au patient plus efficace, améliorant ainsi la sécurité de l’IRM et la qualité de l’imagerie.
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