Проект «Исследование и разработка инновационных методов медицинской диагностики для телемедицинских систем нового поколения»

Проект выполняется в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по теме: «Исследование и разработка инновационных методов медицинской диагностики для телемедицинских систем нового поколения»

Цели проекта

Целью НИР является исследование и разработка инновационных методов мирового уровня для медицинской диагностики и телемедицинских систем нового поколения, создание новейшего информационно-технологического обеспечения для практического применения разработанных методов, а также создание макета высокотехнологической телемедицинской системы нового поколения и подготовка ее коммерциализации совместно с малым инновационным предприятием.

Выполнение НИР должно обеспечивать достижение научных результатов мирового уровня, направленных на создание инновационной продукции, с ее последующей коммерциализацией, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов.

Основные результаты

• Разработан и реализован макет телемедицинской системы нового поколения.

• Ядром системы является гетерогенный вычислительный кластер с Интернет-доступным распределенным хранилищем медицинских диагностических данных.
• В серверной части реализован функционал пакетного наполнения хранилища большими объемами данных с режимом их автоматического обезличивания, контроля целостности, упаковки для передачи, предварительного просмотра и обработки. Клиентская часть интегрирована с 3D визуализатором томограмм в DICOM-формате.
• Система способна работать на наполнение данными не только томографов, но и данными подсистем диагностических приборов: а)терагерцового анализатора (разработка малого предприятия) для экспресс-анализа по выдыхаемому воздуху; б)ультразвукового анализа крови и биологических жидкостей; в)разработано ПО для моделирования формирования диагностических данных в системах оптического биоимиджинга, а именно диффузионной флуоресцентной томографии, оптической когерентной томографии, оптической диффузионной томографии, многофотонной флуоресцентной микроскопии.

Реализован дешевый и высокопроизводительный инструментарий медицинской диагностики в реальном времени для врача-клинициста на основе 2D-3D исследования КТ и МРТ томограмм, в том числе: а)анализ двумерных срезов с аппаратом морфометрии; б)одновременное сопоставление разных традиционных и 3D режимов визуализации: рентген, MIP, MinIP, MIDA, sDVR; в)аппарат 3D кластеризации и морфометрии; г)трехмерное совмещение в одной 3D визуализации нескольких томограмм; д)аппарат виртуальной эндоскопии.

Объединены в одну систему не только системы прямой медицинской диагностики, но и системы моделирования и исследования отдельных важнейших органов человека сердца и мозга, использующие вычислительные возможности кластера для постепенного сближения исследования человека на макро и микро уровнях, раскрытия глубинных причин болезней и методов их лечения и профилактики. Построено программное обеспечение моделирования электрической активности сердца с учетом его реальной геометрии и модели активности клеток сердца. Построены программы моделирования активности ансамблей клеток мозга, позволившие вскрыть ряд новых закономерностей их функционирования.

Создано малое инновационное предприятие ООО «Центр Биомедицины и Вычислительных Технологий» (http://biomedcompcenter.ru/) для коммерциализации (предположительно в составе проекта Сколково) результатов данной темы, основу которого составляют исполнители контракта. ООО передана интеллектуальная собственность Программа для ЭВМ «3D визуализатор томограмм», созданная в ходе выполнения настоящего госконтракта № 02.740.11.0839.

Подготовлены и закреплены в сфере науки и образования новые кадры высокой квалификации: защищено 9 кандидатских и 2 докторских диссертации. Под одного из защитившихся создана кафедра биоинформатики на факультете ВМК. К  выполнению контракта были привлечены 23 аспиранта. Большинство аспирантов, из которых 9 защитили за это время диссертации, закреплены в сфере науки и образования (в основном в ННГУ). Созданы эффективные и жизнеспособные научные коллективы  по направлениям контракта, способные продолжить работу по развитию тематики и коммерциализации результатов.

Основные характеристики созданной телемедицинской системы:

• пиковая производительность вычислительного кластера – 35 терафорпс (float);
• объем хранилища отведенного под медицинские данные на кластере – 36 терабайт;
• число томограмм, хранимых в базе данных на момент завершения контракта – около 10000;
• максимальный размер томограммы, доступный для качественной 3D-визуализации в реальном времени на рабочем месте врача-клинициста, оснащенном бытовым компьютером с видеокартой GeForce GTX 580 3Gb — 512x512x5382 вокселей (более 10 томограмм размера 512³)

Новизна научных решений

• Впервые создана Интернет-доступная база для хранения и дистанционного использования данных медицинской диагностики, обеспеченная необходимым функционалом для ее практической эксплуатации и построения на ее базе телемедицинских и других систем.
• Впервые в России создан 3D визуализатор томограмм не уступающий по качеству и производительности зарубежным аналогам.
• Впервые в России создана программа «Виртуальное сердце», способная достоверно моделировать условия развития и купирования фибрилляций.
• Впервые в России создано программное обеспечение для всестороннего моделирования клеток гиппокампа мозга.
• Впервые в России терагерцовый экспресс-анализатор воздуха подключен в систему медицинского назначения.

Коллектив

В проекте принимали участие 67 сотрудников Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского, ИПФ РАН, малого инновационного предприятия ООО «РиКо», Приволжского окружного медицинского центра и Нижегородской медицинской академии. В составе исполнителей 10 докторов наук, 21 кандидат наук, студенты и аспиранты ННГУ.