..:::: پيشبيني حمله‌هاي قلبي با مدل‌سازي‌هاي كامپيوتري (روش هموديناميك چندمقياسي) ::::..
سالانه 2/1 ميليون در آمريكا دچار حمله قلبي مي‌شوند كه شمار زيادي از اين حمله‌ها به فوت بيماران منجر مي‌شود. بيشتر اين حمله‌هاي قلبي، ناشي از بيماري عروق خون‌رسان قلب (عروق كرونري) است. حمله‌هاي قلبي شايع‌ترين دليل مرگ مردان و زنان در آمريكاست. اما 70 درصد اين حمله‌ها، بدون هشدار قبلي رخ مي‌دهد و علايم تا زماني كه شخص بر زمين بيفتد، نفسش تنگ شود و از درد و احساس فشار در سينه نالان شود، چندان خود را بروز نمي‌دهد. پزشكاني هم كه به ميدان مبارزه با اين انسدادهاي عروقي مي‌روند، موفقيت چنداني كسب نمي‌كنند. بنابراين در آينده هم اگر مسير تشخيصي و درماني فعلي را طي كنيم، تحول چنداني را در كاهش مرگومير ناشي از حمله‌هاي قلبي شاهد نخواهيم بود، مگر اينكه بتوانيم قبل از اينكه علايم بيماري رخ دهد و حمله‌اي صورت گيرد، جايگاه احتمالي تنگي و انسدادها را پيشبيني كنيم! آيا مي‌شود چنين كاري را انجام داد؟ اينجاست كه كامپيوتر به كمك ما مي‌آيد. همان‌گونه كه فضانوردان از الگوريتم‌هاي كامپيوتري براي مدل‌سازي پيچيدگي‌هاي گيتي استفاده مي‌كنند و به همان صورت كه الگوريتم‌هاي سايت نتفليكس مي‌تواند بفهمد كه شما به كدام فيلم‌ها علاقه داريد، مي‌توان از كامپيوتر براي ممكن كردن كاري استفاده كرد كه در حال حاضر غيرممكن به نظر مي‌رسد.
دانشمندان علوم كامپيوتر و پزشكان دانشگاه هاروارد، پزشكان و متخصصان تصويربرداري بيمارستان زنان بوستون و آزمايشگاه تصويربرداري برايگام، گروهي از دانشمندان علوم كامپيوتر و فيزيكدانان ايتاليايي و سازندگان تراشه‌هاي كامپيوتري NVIDIA دست به دست هم دادهاند و قصد دارند با كمك كامپيوتر، راهي را براي پيشبيني حملات قلبي، قبل از وقوع آنها بيابند. آنها با استفاده از كامپيوتري با پردازنده‌هاي گرافيكي به بررسي ديناميك مايعات (كه در اينجا خون جاري در عروق كرونر است) پرداخته‌اند. فناوري آنها موسوم به بررسي هموديناميك چندمقياسي يا «multiscale hemodynamics» است. با كمك اين فناوري، نه‌تنها مي‌توان با دقت متوجه شد كه خون چگونه در عروق كرونر يك بيمار به گردش درمي‌آيد، بلكه مي‌توان جايگاه‌هايي را كه محتمل است در آينده دچار انسداد شوند، پيشبيني كرد. به عبارت ديگر با كمك اين فناوري مي‌توان حملات قلبي را قبل از رخ دادن آنها پيشبيني كرد.
اطلاعاتي كه به خورد برنامه‌هاي اين فناوري داده شده است با يك سي‌تي‌اسكن ساده به دست مي‌آيد. بگذاريد قدري بيشتر توضيح بدهم. اول بايد بدانيم كه حمله قلبي چگونه رخ مي‌دهد. حمله قلبي زماني رخ مي‌دهد كه لختهاي (پلاكي) روي سطح داخلي عروق كرونري ايجاد شود و مسير جريان خون را سد كند. اين پلاك‌ها در مناطقي ايجاد مي‌شوند كه فشار يا استرس جريان خون در مسير عروق كمتر است. براي فهم بيشتر و بهتر، رودخانه گل‌آلودي را مجسم كنيد كه رسوبات بيشتر در جاهايي رسوب مي‌كند كه سرعت جريان آب كمتر باشد. با فناوري‌اي كه تاكنون داشتيم، تعيين جاهايي از عروق كرونر كه ميزان استرس جريان خون كمتر است، ممكن نبود. بايد در نظر داشت كه آناتومي و شكل عروق كرونر هر شخص با شخص ديگر متفاوت است. بنابراين، نمي‌توان يك حكم كلي داد و مثلا گفت در همه اشخاص احتمال انسداد در ابتداي شريان نزولي قدامي چپ قلب بيشتر است. پس بايد نوع جريان خون در عروق كرونر هر فرد را جداگانه تحليل كرد. وقتي از بيماري آنژيوگرافي به عمل مي‌آيد، تنگي‌هايي كه در همان هنگام در عروق كرونري‌اش وجود دارد، مشخص مي‌شود.
اما بايد در نظر داشت كه پزشكان اين كار را فقط براي بيماراني انجام مي‌دهند كه احتمال تنگي و مشكل عروق كرونري در آنها بالاست. از آنجا كه آنژيوگرافي اقدامي تهاجمي و‌گران است، انجامش در شخصي كه احتمال وجود مشكل عروق كرونري در او كم باشد، غيرضروري است و مقرون به صرفه نيست. اگر مي‌شد به كمك سي.تي.اسكن اطلاعات لازم را از درخت عروق كرونري گرفت و سپس با تحليل و مدل‌سازي جريان خون، مكان‌هايي را كه مستعد تنگي و انسداد هستند پيدا كرد، مي‌توانستيم به هدف اصلي برسيم. اما مدل‌سازي جريان در مسير پيچيده عروق كرونري كار واقعا دشواري است. خون يك مايع ساده مثل آب نيست. خون از اجزاي زيادي با خصوصيات و اندازه‌هاي متفاوت تشكيل شده است: گويچه‌هاي سفيد، گويچه‌هاي سرخ، پلاسما و پلاكت. به علاوه بايد متغيرهاي ديگري مثل ميزان اشباع خون از اكسيژن را در نظر داشت. بر حسب اينكه خون چقدر اكسيژنه داشته باشد، رفتار ديناميكي‌اش هم متفاوت است. پيداست كه تحليل در چنين سطحي به توان پردازشي بالايي هم نياز دارد، بنابراين، دانشمندان مجبور شدند از توان پردازش سريع‌ترين ابررايانه آمريكا يعني رايانه Blue Gene شركت IBM استفاده كنند. با كمك اين ابررايانه، اعضاي گروه موفق شدند مدل‌هاي ديناميك جريان خون را تهيه كنند. اما بديهي است كه نمي‌شود در مقام عمل و در طبابت روتين، در مورد هر بيمار، به دامن ابررايانه‌ها پناه برد، به همين دلیل، دانشمندان تصميم گرفتند از فناوري جديد NVIDIA استفاده كنند.
در اين فناوري، پردازش از طريق كارت‌هاي گرافيك ممكن مي‌شود. با اين شيوه، هزينه‌ها بسيار كم مي‌شود، بدون اينكه از دقت كار كاسته شود. در اينجا لازم است من مختصري توضيح بدهم. كساني كه آشنايي عمومي با كامپيوتر دارند واژه CPU يا واحد پردازشگر مركزي به گوش‌شان خورده است. به صورت كلي مي‌دانيم عمليات تحليل اطلاعات در اين قسمت از سخت‌افزار كامپيوترهاي ما صورت مي‌گيرد. كارت‌هاي گرافيك هم اطلاعات گرافيكي را پردازش مي‌كنند. اما مدتي است كه ايده انجام پردازش‌هاي عمومي (غير از پردازش‌هاي گرافيكي) روي كارت‌هاي گرافيك پروبال گرفته است. حالا چه اجباري است كار پردازش را از CPU به كارت گرافيك بياوريم؟ پاسخ ساده است! ارتقاي معماري پردازنده‌هاي گرافيكي نسبت به پردازنده‌هاي مركزي سيستم، فرآيند بسيار ساده‌تري لازم دارد. GPUها يا واحد‌هاي پردازش گرافيكي براي انجام بعضي از اهداف مثلا محاسبات رياضي خاص مناسب‌ترند.
در اين مورد خاص هم، يعني تحليل جريان خون در عروق كرونر، استفاده از پردازنده‌هاي گرافيكي بسيار مناسب بود. شركت NVIDIA در همين راستا به كمك دانشمندان آمد. در اينجا بود كه سر و كله دانشمندان ايتاليايي هم پيدا شد. آنها كه تجربه برنامه‌نويسي پردازنده‌هاي گرافيكي را داشتند، پلت‌فرمي مبتني بر GPU ايجاد كردند كه توانايي مدل‌سازي جريان‌هاي خون را داشت، آن هم با هزينه‌اي بسيار كمتر از هزينه ابررايانه‌ها، به علاوه اين پلت‌فرم به مراتب ساد‌ه‌تر بود. به اين ترتيب، كار پيچيده‌اي كه تا يكي، دو سال پيش، فقط در جريان تحقيقات پرهزينه و به كمك ابررايانه‌ها در جريان چند‌‌هفته يا چند ماه ممكن مي‌شد، اكنون مي‌توان در يك بيمارستان و در مدت چند ساعت انجام داد. به صورت خلاصه، افزايش كيفيت سي‌تي‌اسكن، بهينه كردن نرم‌افزارها، استفاده از توان پردازش گرافيكي، كار غيرممكني را ممكن كرده است. برآورد مي‌شود پزشكان بتوانند طي پنج تا 10 سال ديگر به صورت روتين، با انجام يك سي‌تي و طي چند ساعت، بيماراني را كه مايل باشند از لحاظ عروق كرونري و محل‌هاي محتمل تنگي در آينده، بررسي كنند. ممكن است در دهه آينده افرادي كه هيچ علامت قلبي ندارند، به پزشك مراجعه كنند و پزشك‌شان به او بگويد: «با توجه به سبك زندگي شما و تحليل ديناميك جريان خون در عروق كرونري‌تان، تا پنج سال آينده در شريان سيركوفلكس شما پلاكي تشكيل مي‌شود و از آن به بعد احتمال سكته قلبي در شما، به صورت فزاينده‌اي زياد مي‌شود!»
منبع: شرق، شماره ۱۳۹۷، ۲۹ آبان ۱۳۹۰