בית החולים לילדים בפילדלפיה ממדל לבבות בשניות עם קוד פתוח של NVIDIA

בית החולים לילדים בפילדלפיה (CHOP) העביר את מידול הלב הפדיאטרי ממחקר לפרודקשן: פייפליין שדרש ארבע שעות של חוקר מיומן רץ עכשיו בשניות, הודות למודלי סגמנטציה שפותחו על גבי MONAI, פריימוורק הדמיה רפואית באופן סורס שייסדה NVIDIA. התוצאה היא מודל אנטומי מדויק שזמין לפני כל צנתור או ניתוח, לילדים שמום הלב שלהם יחיד במינו.

הבעיה: ילד ייחודי, מכשיר מהמדף

כאחוז אחד מהלידות החיות כרוך במום לב מולד, ואין שניים זהים. "יש לך ילד יחיד במינו ומכשיר מהמדף", מסביר ד"ר מתיו ג'ולי (Matthew Jolley), קרדיולוג וחוקר ב-COP. היסטורית, השתלים והכלים שמנתחים שולפים תוכננו לאנטומיה בוגרת וסטנדרטית, לא לחדר שאיבה בודד עם דלף מסתם או למחיצה מחוררת בין החדרים התחתונים. הפער הזה אילץ צוותים לאלתר בזמן אמת בחדר ניתוח.

הפתרון: מ-MONAI Label ל-Auto3DSeg

המעבדה של ג'ולי בנתה את SlicerHeart, הרחבה של 3D Slicer לויזואליזציה, סגמנטציה ואנליזה של הדמיות תלת-ממד, ואימנה רשתות סגמנטציה על זוגות הדמיה-מודל קודמים באמצעות MONAI Label ואימפלמנטציית Auto3DSeg של NVIDIA. אחרי 10 עד 20 זוגות אימון, האוטומציה מגיעה לאיכות של אנוטטור אנושי. "למידת מכונה הפכה ללחם וחמאה", אומר ג'ולי; ברגע שיש מספיק דאטה, המודל נכנס לשימוש שוטף.

אימוץ רחב: מעל 20 בתי חולים, בוסטון מובילה

יותר מ-20 בתי חולים לילדים בארה"ב מריצים כעת תוכניות מידול לבביות. בבוסטון צ'ילדרנס, המידול תומך בלמעלה ממחצית ניתוחי הלב, כ-500 מקרים בשנה. CHOP צופה כ-200 מקרים ממודלים השנה. הפעילות מרוכזת במעבדת IDEA, חלק ממרכז מורגן למחקר וחדשנות של בית החולים, במטרה להרחיב את אותם כלים לדיסציפלינות נוספות.

השפעה קלינית: מתיקון כושל להצלחה בניסיון ראשון

התפנית הקלינית ברורה במומי מחיצה חדרית מורכבים. במקרה מוקדם אחד, ילד עבר שני ניתוחי תיקון כושלים כי המנתחים לא הצליחו לאתר את הפגם בשיטות מסורתיות. המודל התלת-ממדי הבהיר את האנטומיה, והתיקון הצליח בניסיון הראשון. לדברי ג'ולי, למקרים כאלה המידול הפך לסטנדרט טיפול (standard of care), לא פיילוט.

השלב הבא: ניוטון, Warp וסימולציית ביומכניקה

ויזואליזציה לבדה לא מספיקה. הצוות רוצה לחזות איך רקמה תגיב כשהתקן נפרס בתוכה, לפני שהקתטר נכנס. כאן נכנס ניוטון (Newton), מנוע פיזיקה באופן סורס שפותח על גבי Warp, פריימוורק פייתון של NVIDIA לסימולציות GPU. CHOP משתפת פעולה עם NVIDIA והקהילה לבניית מסגרות סימולציה ביומכניות שישתלבו ב-3D Slicer וב-SlicerHeart, כדי שרופאים יוכלו לבדוק התנהגות רקמה וירטואלית לפני כל פרוצדורה.