Noticias

Los gráficos NVIDIA Quadro permiten a los alumnos de medicina estudiar el corazón humano

 
 

El hospital de cardiología de UCLH y Glassworks crean HeartWorks.

EL RETO
Heartworks

En 2006, tres especialistas del hospital de cardiología de la red de hospitales universitarios de Londres (UCLH), los doctores Sue Wright, Andrew Smith y Bruce Martin, se reunieron para discutir la necesidad de disponer de un modelo realista del corazón humano que pudiera utilizarse para estudiar anatomía cardiaca. De ahí surgió la idea de crear un corazón virtual y rápidamente concluyeron que, si el modelo se basaba en un conjunto de datos de anatomía en 3D, cabía la posibilidad de utilizarlo para generar una imagen simulada por ultrasonido. La idea tenía importantes implicaciones en el ámbito docente, ya que podría emplearse también para simular la realización de ecocardiografías transesofágicas (ETE), una técnica compleja que consiste en introducir una sonda para captar imágenes del corazón del paciente con el fin de conocer su morfología y evaluar su funcionamiento.

Cuando los doctores comentaron su idea a Glassworks, un prestigioso estudio de producción de efectos digitales del Reino Unido, las cosas empezaron a tomar forma. El objetivo era generar, a través del ordenador, un modelo fiel del corazón para proporcionar al instante una representación por ultrasonido que mostrase en tiempo real los cambios de la morfología de este órgano durante el ciclo cardiaco y que, además, permitiese al especialista ver cortes de la imagen para efectuar el diagnóstico.

LA SOLUCIÓN
Heartworks

Glassworks desarrolla el modelo virtual del corazón

Los médicos y Glassworks bautizaron el proyecto con el nombre de HeartWorks, y aprovecharon la enorme capacidad de procesamiento y visualización de las soluciones gráficas profesionales NVIDIA Quadro para desarrollar y utilizar esta herramienta de formación, que sería pionera en su campo.

Un pequeño equipo de artistas y desarrolladores de Glassworks empezó a recopilar y ensamblar un enorme conjunto de imágenes digitales del corazón, lo que implicó asistir a algunas operaciones a corazón abierto para tener ocasión de ver su latido en vivo. Wright, Smith y Martin trabajaron con cirujanos, especialistas en morfología cardiaca, especialistas en ultrasonido y otros expertos para asesorar a Glassworks en el desarrollo del sistema.

Para crear un modelo fiel del corazón y las correspondientes animaciones en tiempo real, el equipo de Glassworks utilizó el software de animación Autodesk Softimage 3D en estaciones de trabajo dotadas de unidades de procesamiento gráfico (GPU) NVIDIA Quadro. Estas soluciones profesionales proporcionaron toda la potencia de procesamiento necesaria para generar imágenes de alta calidad a 30 cuadros por segundo, lo que mantenía el realismo y la fluidez de las animaciones.

Hector McLeod, fundador de Glassworks, explica así el avance que representa la tecnología de NVIDIA: “Hasta ahora, la posibilidad de sumergirnos en una realidad virtual que nos permitiese interactuar con imágenes 3D en una pantalla estaba limitada por el estado de la tecnología gráfica y los presupuestos. La tecnología de cálculo paralelo intensivo en la GPU de NVIDIA ha cambiado todo eso. La GPU NVIDIA carga y reproduce modelos extremadamente complejos de HeartWorks y los renderiza a 30 cuadros por segundo en una serie de eventos que son en sí mismos muy complicados. En determinados cuadros, estamos utilizando la GPU para examinar el modelo, seccionarlo, anotar las vistas y mostrar las dos visualizaciones (el modelo y la imagen de ultrasonido) en menos de una trigésima de segundo”.
Uno de los ingenieros de software de Glassworks, David Llewellen, añade: “NVIDIA Quadro es la mejor solución gráfica de nivel profesional y está manejando con facilidad la enorme cantidad de datos que le suministramos. El modelo tiene un elevado número de polígonos, 250.000, y estamos generando dos simulaciones, a lo que se añade un sistema completo de etiquetas anatómicas. Además, para que el resultado gráfico sea más convincente, hemos añadido texturas muy detalladas, la mayoría de ellas utilizando OpenGL y el lenguaje GL Shader. Y necesitamos usar toda esa capacidad de procesamiento al mismo tiempo para tener la seguridad de que HeartWorks ofrecerá los resultados esperados en tiempo real”.

Uno de los ingenieros de software de Glassworks, David Llewellen, añade: “NVIDIA Quadro es la mejor solución gráfica de nivel profesional y está manejando con facilidad la enorme cantidad de datos que le suministramos. El modelo tiene un elevado número de polígonos, 250.000, y estamos generando dos simulaciones, a lo que se añade un sistema completo de etiquetas anatómicas. Además, para que el resultado gráfico sea más convincente, hemos añadido texturas muy detalladas, la mayoría de ellas utilizando OpenGL y el lenguaje GL Shader. Y necesitamos usar toda esa capacidad de procesamiento al mismo tiempo para tener la seguridad de que HeartWorks ofrecerá los resultados esperados en tiempo real”.

Glassworks y los doctores del hospital de cardiología de UCLH han comercializado HeartWorks a través de la sociedad Inventive Medical Ltd. de Londres, que integra e instala el producto, y presta servicios de asistencia técnica a hospitales, laboratorios y universidades. HeartWorks se entrega al cliente como un sistema “llave en mano” que incluye el software HeartWorks (el modelo virtual e interactivo del corazón y el programa de simulación por ultrasonido), una estación de trabajo de altas prestaciones equipada con una tarjeta gráfica NVIDIA Quadro, un monitor/teclado/ratón, una sonda y un modelo anatómico del torso para realizar prácticas de ETE.


EL RESULTADO

HeartWorks en acción en la Universidad Duke

Uno de los primeros centros en adoptar HeartWorks ha sido la Universidad Duke, en concreto, el Departamento de Anestesiología de la División de Anestesia cardiotorácica y medicina de cuidados críticos. El departamento introdujo el simulador a principios de 2009 para enseñar a médicos residentes y personal docente de la universidad su programa avanzado de Ecocardiografía Transesofágica. Los residentes de primer, segundo y tercer año lo utilizan fundamentalmente para adquirir conocimientos de anatomía y examinar vistas básicas de los ecocardiogramas, mientras que los médicos del programa avanzado lo utilizan para estudiar aspectos más complejos.

“La tecnología de simulación ha representado un salto cualitativo en nuestro sistema de enseñanza”, afirma el Dr. Madhav Swaminathan, miembro de diversas sociedades cardiológicas y profesor de la División de Anestesia cardiotorácica de la Escuela de medicina de la Universidad Duke, que continúa diciendo: “Este sistema en particular simula los latidos del corazón con claridad. Explicar cómo se forma una imagen por ultrasonido y cómo se correlaciona con la anatomía es extremadamente difícil. Cuando cambias el plano de la imagen con una sonda, es difícil entender qué partes del corazón estás viendo en la pantalla porque el corazón es tridimensional y estás utilizando el 3D en un plano de 180 grados. El simulador permite ver al mismo tiempo, no sólo cómo se genera la imagen por ultrasonido, sino también qué significan los cortes en un entorno controlado y relajado en el que no tienes que preocuparte de si estás interfiriendo en la atención médica dispensada a un paciente o si estás tardando demasiado tiempo. Este entorno virtual proporciona a los residentes un sistema de aprendizaje más inmediato”.

El Dr. Swaminathan termina explicando que la principal ventaja del sistema de simulación es la interacción que tanto residentes como profesores experimentan en tiempo real. “Poder ver el corazón latiendo y modificar sus características, seccionarlo y manipularlo a placer, sin estar obligado a hacerlo como quiere un profesor, es todo un hito en el campo de la formación en ecografía clínica”.

Próximamente: una nueva aplicación HeartWorks

Tras el éxito del simulador de ETE, el equipo del Hospital de cardiología de UCLH y Glassworks empezó a desarrollar otra aplicación de HeartWorks (TTE) que simula el uso de técnicas de ultrasonido externo. Utiliza el mismo modelo virtual del corazón que la aplicación inicial, pero la interacción a través de la sonda genera un plano de corte que abarca pulmones y costillas, que también se incluyen en la visualización.

En el desarrollo de la nueva aplicación de TTE, Glassworks está investigando otras formas de aprovechar la tecnología de las GPU Quadro elaborando herramientas de sombreado (shaders) con el lenguaje de programación CUDA de NVIDIA para conseguir mayores niveles de rendimiento. Llewellyn, de GlassWorks, termina diciendo: “Nos encantaría introducir optimizaciones que proporcionasen aún más velocidad y mejores imágenes. Utilizaremos a fondo cualquier novedad que NVIDIA saque en el futuro”.



 
 
 
 
FacebookTwitterGoogle+LinkedInPinterest