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Université d’Harvard : accélération de la détection des problèmes cardiaques

 
 

Les crises cardiaques, la première cause de décès dans le monde, sont provoquées par des plaques se développant sur les parois artérielles et parasitant progressivement l’afflux sanguin vers le cœur jusqu’à l’obstruer totalement.

Défi

Plus de 80% des attaques cardiaques sont causées par des plaques qui ne sont pas détectables par des méthodes d’imagerie médicale traditionnelles. Les 20% restants requièrent de recourir à des procédures endoscopiques invasives qui impliquent d’insérer des tubes dans le patient afin de capturer des images des plaques artérielles. Le niveau d’incertitude lié à la localisation exacte des plaques potentiellement mortelles pose un problème significatif aux cardiologues. Les spécialistes de la cardiologie ont depuis toujours été confrontés à un problème de taille ; à savoir la mise en place effective des endoprothèses vasculaires chez les patients atteints de troubles cardiaques. Connaître rapidement la localisation exacte des plaques artérielles pourrait contribuer à améliorer la prise en charge des patients et, à terme, sauver des vies humaines.

Solution

Une équipe de chercheurs (comprenant notamment des médecins et des spécialistes de la Harvard Medical School et du Brigham & Women’s Hospital de Boston, dans le Massachusetts) a récemment découvert une méthode non-invasive permettant d’accélérer la recherche des plaques artérielles à risques. Grâce à la puissance de calcul des GPU, ces chercheurs ont réussi à créer un modèle individualisé du flux sanguin d’un patient grâce à une méthode hémodynamique. La formation des plaques artérielles est corrélée aux spécifications et à la géométrie de la structure des artères des patients. Les courbures artérielles sont des zones où la concentration des plaques à risques est plus élevée. Avec des appareils d’imagerie médicale de tomodensitométrie, les chercheurs peuvent créer des modèles précis du système circulatoire des patients. Il est alors possible de réaliser une simulation avancée de mécanique des fluides numérique du flux sanguin ; ceci afin d’identifier les zones artérielles où la contrainte de cisaillement endothéliale est moins forte. Des simulations aussi complexes requièrent de modéliser des milliards d’éléments fluides alors qu’ils traversent le système artériel. Les zones à force de cisaillement réduite indiquent qu’une plaque s’est formée sur les murs artériels internes, ce qui empêche le courant sanguin d’entrer en contact avec les murs artériels. Les données obtenues grâce à ces simulations fournissent aux chercheurs une carte des risques d’athérosclérose. Grâce à cette carte, les cardiologues peuvent connaître l’emplacement des plaques « cachées » et ainsi évaluer s’il faut mettre en place des endoprothèses vasculaires chez les patients atteints de troubles cardiaques. Toutes ces données sont obtenues via des techniques non invasives.

Impact

Les GPU NVIDIA fournissent des performances accrues et jusqu’à 20 fois plus de puissance de calcul pour toutes les opérations de reconstruction d’images et de simulation de flux sanguins, en rapprochant chaque jour un peu plus les techniques de simulation avancées non invasives d’une véritable mise en place opérationnelle. Sans les GPU, les exigences matérielles (aussi bien en termes de volume que de coût) condamneraient toute approche hémodynamique. La nouvelle approche accélérée par les GPU permettant de détecter les plaques artérielles bien plus rapidement qu’auparavant, son déploiement dans les hôpitaux et les centres de recherche devrait permettre de sauver de nombreuses vies.

Les systèmes de tomographie à 320 détecteurs ont permis d’obtenir des images coronariennes détaillées afin d’évaluer rapidement les contrastes cardiaques. Le rendu 3D de l’ensemble du système artériel permet aux chercheurs de simuler avec précision les flux sanguins via des méthodes de mécanique des fluides numérique, et par conséquent de calculer les données relatives à la force de cisaillement endothéliale.



 
 
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