пресс-центр

GPU помогают хирургам-офтальмологам проводить операции с микроскопами высокого разрешения

NVIDIA Blog NVIDIA Blog
NVIDIA Blog https://blogs.nvidia.com/blog/2016/03/03/gpu-eye-microsurgery/

 

Примечание редактора: Это одна из пяти публикаций, рассказывающих о финалистах премии NVIDIA Global Impact Award 2016 в $150000. Она присуждается исследователям, использующим технологии NVIDIA в принципиально новых проектах, решающих социальные, гуманитарные и экологические проблемы.

Проведение микрохирургических операций на глазах - невероятно сложный процесс, а до недавнего времени хирурги-офтальмологи работали практически вслепую.

Для коррекции патологических состояний роговицы и сетчатки, ведущих к слепоте, доктора используют хирургические микроскопы, подвешенные над глазом пациента. Однако они обеспечивают ограниченную видимость, что заставляет хирургов полагаться на отраженные световые сигналы, управляя хирургическими инструментами на чувствительных тканях глаза.

Но Джозеф Изатт (Joseph Izatt), профессор из Университета Дьюка, и его команда меняют подобную практику. Они используют технологии NVIDIA, чтобы предложить хирургам интерактивную трансляцию проводимой операции в стереоскопическом 3D качестве.

«Хирургия глаза является одной из самых сложных, так как оперируемые ткани очень чувствительны и представляют особую важность для пациентов», - сказал Изатт.

Университет Дьюка стал одним из пяти финалистов премии NVIDIA Global Impact Award 2016. Каждый год мы вручаем премию в $150 000 исследователям, использующим технологии NVIDIA в принципиально новых проектах для решения социальных, гуманитарных и экологических проблем.

 

GPU помогают хирургам-офтальмологам проводить операции с микроскопами высокого разрешения

Сравнение изображений переднего отрезка глаза, полученных путем традиционного рендеринга (слева) и рендеринга методом отслеживания лучей с шумоподавлением (справа).

 

Выходя за рамки стандартной практики

В стандартной практике микрохирургии глаза пациента отправляют на предоперационное сканирование. Полученные изображения хирург использует для оценки патологического состояния и планирования хода операции. После операции глаз пациента сканируется вновь, чтобы убедиться, что операция прошла успешно.

Современные микроскопы пошли немного дальше. Они используют оптическую когерентную томографию, современный метод получения изображений, который помогает получить 3D изображения глаза за пять-шесть секунд. Изатт в своей работе сделал еще один шаг вперед: полностью объемные трехмерные изображения обновляются каждую десятую секунды и обрабатываются с двух разных углов, обеспечивая в окулярах микроскопа стереоскопическую картинку в режиме реального времени.

«Я всегда интересовался тем, как можно использовать технологии для улучшения качества жизни людей», - рассказал Изатт, который работал над ОКТ более 20 лет.

В основе решения, которое разработала его команда, лежит графический процессор GeForce GTX TITAN Black, библиотеки программирования на CUDA и технология 3D Vision. Вместо того, чтобы делать пред- и послеоперационные снимки, чтобы оценить успешность операции, хирурги могут отслеживать проведение операции в режиме реального времени.

 

3D изображения в микрометрическом разрешении

Один графический процессор TITAN получает данные ОКТ, обрабатывает их и создает объемные 3D изображения. Эти изображения с микрометрическим разрешением проецируются в окуляры микроскопа. Библиотека cuFFT для CUDA и другие специальные функции обеспечивают вычислительную производительность, необходимую для обработки, устранения шумов и рендеринга изображений в режиме реального времени. Благодаря мониторам с поддержкой технологии NVIDIA 3D Vision и 3D очкам, интерактивные данные в стереоскопическом качестве может просматривать как хирург, работающий с микроскопом, так и группа практикантов, наблюдающих за ходом операции. Это является полезным обучающим и демонстрационным инструментом.

GPU помогают хирургам-офтальмологам проводить операции с микроскопами высокого разрешения

Разрешение изображения спайки роговицы в сквозном роговичном трансплантате. В верхнем ряду расположены изображения патологической спайки роговицы (красная стрелка), полученные при обычном анфасном хирургическом обзоре через операционный микроскоп (слева), с помощью объемной ОКТ (посередине) и поперечного сканирования (слева). В нижнем ряду показаны результаты хирургического впрыскивания вязкоупругих средств для устранения патологической спайки (зеленая стрелка).

 
 

«Современному поколению инструментов для получения изображений методом ОКТ для обработки одного объемного изображения требуется пять-шесть секунд, - рассказал Изатт. - «Теперь мы получаем подобные изображения за десятые доли секунды. Это в буквальном смысле слова пятидесятикратное увеличение скорости».

К настоящему моменту решение Изатта было использовано во время более 90 операций в Глазном центре Университета Дьюка и глазном институте Коула при Кливлендской клинике. На современном рынке медицинские компании до сих пор соперничают за коммерциализацию 2D дисплеев, отображающих данные в реальном времени. По оценке Изатта, 3D решение его команды будет готово к коммерческому использованию уже через пару лет.

«Сегодня самые сложные операции проводятся в этих крупных центрах, но некоторым пациентам приходится преодолевать сотни или тысячи миль, чтобы добраться до них, - сказал Изатт. - «Мы надеемся, что с инструментом подобного рода такие серьезные операции станут более доступными».

Победитель премии Global Impact Award 2016 будет объявлен на конференции по GPU-технологиям, которая пройдет с 4 по 7 апреля в Кремниевой долине.