Investigadores utilizan tecnología inspirada en la cuántica para reducir el tiempo de planificación de la radiocirugía
La radiocirugía Gamma Knife, que emite haces de dosis de radiación dirigidas a diferentes objetivos en el cerebro de los pacientes, requiere imágenes médicas para ubicar las mejores posiciones con anticipación para minimizar el daño al tejido sano circundante a proceso que normalmente lleva varias horas. Crédito: Universidad de Toronto
Investigadores de la Universidad de Toronto han ayudado a reducir el tiempo de preparación necesario para un proceso de radiocirugía con bisturí de rayos gamma, que normalmente toma de horas a alrededor de un minuto, mediante el uso de una tecnología de inspiración cuántica llamada Digital Annealer.
La tecnología DA se desarrolló a través de una colaboración entre los investigadores de la U of T y Fujitsu Laboratories Ltd. Un equipo dirigido por Ali Sheikholeslami, profesor en el departamento de electricidad de Edward S. Rogers Sr., la aplicó al plan de tratamiento Gamma Knife. e ingeniería informática en la Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería, y Mojgan Hodaie, profesor asociado en el departamento de cirugía de la Facultad de Medicina de Temerty.
«Pudimos traducir la planificación del tratamiento en una combinación problema de optimización», dice Sheikholeslami. «Al cambiar los tipos de variables bajo ciertas restricciones, al dividirlo en partes más pequeñas, el solucionador de DA podría manejarlo. Antes de administrar la dosis, el plan de tratamiento de DA se puede importar al software clínico para su verificación».
Dice que los planes desarrollados por el método Digital Annealer han demostrado ser tan precisos como los producidos a través de los métodos convencionales.
Radiocirugía con bisturí de rayos gamma, que no requiere incisión y se puede realizar sin anestésico, emite haces o «cuchillas» de dosis de radiación agregadas de 192 fuentes gamma que se dirigen a diferentes objetivos en el cerebro del paciente. Como procedimiento quirúrgico estereotáctico, utiliza imágenes médicas para ubicar las posiciones con anticipación a fin de maximizar el área de dosificación y minimizar el daño al tejido sano circundante.
Determinar el tamaño y la forma de las áreas objetivo es un procedimiento laborioso. Los médicos y radiólogos deben evaluar la gran cantidad de planes posibles ingresando manualmente los parámetros y registrando los resultados, utilizando la experiencia como guía.
Este proceso puede demorar varias horas, lo que prolonga el tiempo de atención clínica del paciente. y limita el número de pacientes que pueden ser tratados en un solo día. También inmoviliza al personal médico que se necesita para brindar asistencia.
¿Cómo supera el Digital Annealer el obstáculo? Su arquitectura única emula el comportamiento cuántico en el hardware de una computadora convencional siguiendo un proceso similar de aproximación progresiva para llegar a un resultado final. Eso, a su vez, le permite realizar cálculos de optimización en tiempo real mucho más rápido que el software convencional.
«El plan de tratamiento Gamma Knife es un gran ejemplo de la capacidad de diferenciación del DA en el cuidado de la salud». dice Sheikholeslami. «Prevemos que la tecnología DA tendrá una gran cantidad de aplicaciones futuras. A partir de ahora, se están buscando casos de uso en finanzas, descubrimiento de materiales, investigación de operaciones y capacitación en redes neuronales».
Masaya Kibune, director de Fujitsu Consulting (Canada) Inc., dice que abordar tales problemas es exactamente la razón por la que se desarrolló Digital Annealer.
«En la actualidad, la verdadera computación cuántica aún está en su infancia», dice. «Hay problemas de estabilidad, por ejemplo, y las computadoras cuánticas requieren un frío extremo para operar, cerca de cero Kelvin, lo que exige una infraestructura con costos de energía masivos. El DA aprovecha principios similares de conectividad y simultaneidad a temperatura ambiente, y una unidad puede ser se miniaturiza fácilmente para adaptarse a los centros de datos».
Fujitsu Laboratories Ltd. lanzó su colaboración con U of T Engineering en 2018, lo que condujo al establecimiento del Laboratorio de Investigación de Co-Creación de Fujitsu en el Centro Myhal de Innovación en Ingeniería de U of T. & Entrepreneurship.
En noviembre pasado, la asociación con Fujitsu se extendió formalmente por tres años.
«El Laboratorio de Investigación de Co-Creación de Fujitsu es un hervidero de actividad para investigadores principales, estudiantes graduados, becarios posdoctorales y asociados», dice la profesora Deepa Kundur, directora del departamento de ingeniería eléctrica e informática. «La colaboración de la U de T-Fujitsu ha producido docenas de publicaciones sobre temas de investigación, desde el diseño de la memoria hasta la señalización de alta velocidad y la optimización. Sigue siendo un brillante ejemplo de los beneficios de la colaboración».
La conexión de Sheikholeslami con Fujitsu se remonta al comienzo de su carrera, cuando hizo una pasantía de seis semanas en su oficina central en Kawasaki, Japón.
«Para mí, ha sido una relación fructífera durante más de veinte años», dice. dice. «Y hay mucho más por venir».
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El programa matemático ayuda a los médicos a realizar una radiocirugía más eficiente Proporcionado por la Universidad de Toronto Cita: Los investigadores usan tecnología inspirada en la cuántica para reducir el tiempo de planificación de la radiocirugía (22 de abril de 2021) consultado el 30 Agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-quantum-inspired-tech-radiosurgery.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.