Anders Ynnerman: Visualizzare l'esplosiva crescita dei dati in campo medico.

Le attuali scansioni mediche producono migliai di immagini e e terabytes di dati per un singolo paziente ed in pochi secondi, ma come fanno i dottori a trarne informazioni utili? Durante il TEDxGöteborg, l'esperto di visualizzazione dei dati Anders Ynnerman mostra come utilizzare nuovi strumenti - quali l'autopsia virtuale - per analizzare questa miriade di dati, e offre anche uno sguardo a nuovo tecnologie in corso di sviluppo che sembrano fantascientifiche. Questo video contiene immagini mediche che potrebbero turbare la sensibilità di alcuni.

Inizierò col porre una sfida

la sfida di gestire i dati

i dati con cui abbiamo a che fare

nella pratica medica.

E' veramente un grande sfida per noi.

Questo è il nostro mulo da lavoro.

E' un tomografo computerizzato --

noto anche come CT o TAC.

E' uno strumento fantastico.

Utilizza i raggi X in fasci

che ruotano rapidamente attorno al corpo umano.

Occorrono circa 30 secondi per una scansione completa

che genera enormi quantità di informazione

che provengono dalla macchina.

Quindi è questa la macchina fantastica

che possiamo usare

per migliorare l'assistenza sanitaria.

Ma come dicevo, è anche una sfida per noi.

E la sfida si può vedere in questa immagine.

E' la crescita esplosiva dei dati medici

che adesso vediamo.

Questo è il problema.

Facciamo un passo indietro.

Torniamo indietro di qualche anno per vedere cosa accadeva allora.

Queste macchine sono state introdotte

durante gli anni 70

scansionavano il corpo umano

per produrre circa 100 immagini

del corpo.

E per maggiore chiarezza

li ho trasformati in blocchi di dati.

Questo corrisponde a circa 50 MB di dati,

che è poca cosa

se pensiamo a quanti dati possiamo gestire oggi

su di un telefonino.

Se li misuriamo in elenchi telefonici

occupano circa una pila di un metro di altezza.

Guardando ora a quel che facciamo oggi

con queste macchine, vediamo che

in pochi secondi possiamo ottenere

24.000 immagini da un corpo.

Che corrispondono a circa 20 GB di dati,

ossia 800 elenchi del telefono.

Sarebbe una pila di elenchi alta 200 metri.

Ciò che sta per accadere --

e cominciamo a vederlo, è appena agli inizi -

è un trend che si sta svilluppando adesso

di osservare anche il fattore tempo.

Stiamo ottenendo anche le dinamiche del corpo.

Pensate che

raccoglieremo dati in appena 5 secondi

corrispondenti ad un terabyte di dati.

Sono 800.000 libri

e 16 km di elenchi telefonici.

E questo per un solo paziente in una sola sessione.

Ed è questo il problema da affrontare.

E' veramente una sfida enorme.

Che abbiamo già oggi -- questa conta 25.000 immagini.

Immaginatevi quando

i radiologi esaminavano questo set di dati.

Caricavano 25.000 immagini,

e dicevano "25,000, ok, ok.

Il problema si trova qui."

Non posson più farlo; è impossibile.

Dobbiamo fare in modo diverso, un pò più intelligente.

E allora uniamo insieme queste fette.

Immaginate di scandire a fette il corpo in tutte queste direzioni,

per poi riunire insieme tutte le fette

in un unico insieme di dati.

E' quanto stiamo facendo.

Quindi questo gigabyte o terabyte di dati sono fusi in un unico blocco.

Ma questo blocco di dati

rappresenta solo l'ammontare di radiazione X

assorbita in ogni punto dal corpo umano.

Dunque dobbiamo inventare un modo

per guardare agli aspetti che vogliamo osservare

rendendo trasparenti tutti i dati che non ci interessano.

Ossia vogliamo trasformate i dati

in qualcosa di simile a questo.

E' questa la sfida.

Una sfida enorme.

Anche se si utilizzano computer sempre più veloci e migliori

lavorare gigabyte di dati è difficile

terabytes di dati

per estrarre informazioni rilevanti.

Voglio esaminare il cuore

i vasi sanguigni, il fegato

forse troverò un tumore

in alcuni casi.

E qui entra in gioco questa piccolina.

E' mia figlia.

E' stata scattata alle 9 di stamattina.

Gioca al computer.

Ha solo due anni,

e si diverte da matti.

In realtà è lei la forza

che promuove lo sviluppo dei processori grafici.

Finchè i bambini giocheranno con i computer,

la grafica diventerà sempre migliore.

Quindi, tornate a casa e dite ai vostri figli di giocare col computer,

perchè ci serve proprio questo.

E' quanto è contenuto in questa macchina

che mi permette di fare quel che faccio

con i dati medici.

In realtà sto utilizzando questi piccoli meravigliosi strumenti.

E facendo un'altro passo indietro

circa 10 anni fa

quando ho ricevuto i fondi

per comprare il mio primo computer con grafica.

Era una macchina enorme.

Era composta da armadi pieni di processori e memorie.

Ho pagato circa 1 milione di dollari per quella macchina.

E quella macchina oggi è quasi veloce quanto il mio Iphone.

Dunque, ogni mese viene prodotta una nuova scheda grafica.

Eccone alcune delle ultime appena prodotte --

della NVIDIA, ATI ed anche Intel.

Sapete, per poche centinaia di dollari

potete comperarle, inserirle nel computer

e fare cose fantastiche con queste schede grafiche.

Sono questi strumenti che ci stanno permettendo

di affrontare l'aumento esplosivo dei dati in medicina,

grazie anche ad alcuni eccellenti lavori

nello sviluppo degli algoritmi --

compressione dei dati,

estrazione dei dati rilevanti per i ricercatori.

Vi mostrerò alcuni esempi di cosa possiamo fare.

Questi dati sono stati registrati da una macchina CT.

Come potete vedere, è un blocco di dati integrale.

E' una donna, potete vedere i capelli.

Si vedono anche le strutture individuali delle donna.

E si vede anche che i raggi X sono riflessi e dispersi

dai denti, dal metallo presente nei denti.

Ecco perchè si osservano questi artefatti visivi.

Ma in modo completamente interattivo

ed usando una scheda grafica standard su un computer normale,

posso selezionare un piano.

Ovviamente tutti i dati sono pronti,

quindi posso cominciare a ruotare per osservare da angoli diversi,

e notare che questa donna aveva un problema.

Aveva un versamento di sangue nel cervello,

che è stato risolto con un piccolo stent,

una clip di metallo che restringe il vaso.

E basta cambiare la funzione

per decidere cosa deve essere reso trasparente

e cosa invece deve essere visibile.

Posso osservare la struttura del cranio,

e vedere che, qui, è dove hanno aperto il cranio di questa donna,

e da dove sono entrati.

Sono immagini fantastiche.

Con risoluzione molto elevata,

e ci mostrano cosa è possibile fare ad oggi

con una scheda grafica standard.

Le stiamo sfruttando intensamente,

provando a far entrare moltissimi dati

nel sistema.

Una delle applicazioni cui stiamo lavorando --

e che ha ricevuto attenzione a livello mondiale --

è l'autopsia virtuale.

Stiamo quindi analizzando enormi insiemi di dati,

e potete vedere da voi quali scan full-body possiamo fare.

Stiamo semplicemente muovendo il corpo attraverso tutta la CT

ed in pochi secondi abbiamo i dati per tutto il corpo.

Questa è un'autopsia virtuale.

Potete osservare come gradualmente stia sfogliando.

Prima si vede il sacco in cui il corpo è arrivato,

poi rimuovo la pelle -- si vedono i muscoli --

ed infine vedremo la struttura ossea di questa donna.

A questo punto, vorrei sottolineare che

è con il massimo rispetto

per le persone che adesso sto per mostrare --

Sto per mostrare alcuni casi di autopsia virtuale --

ed è con grande rispetto per le persone che

sono morte in circostanze violenti

che vi mostrerò queste immagini.

E' un caso di medicina legale --

e di questi esami

ne sono stati fatti in circa 400 casi fin'ora

solo nella regione della Svezia da cui provengo

in cui è stata applicata l'autopsia virtuale

negli ultimi quattro anni.

La procedura tipica è la seguente.

La polizia decide --

in serata, quando vi sia un caso in arrivo --

decide, ok, in questo caso ci serve un'autopsia.

La mattina dopo, tra le sei e le sette del mattino,

il corpo è trasportato nel sacco apposito

fino al nostro centro

e viene scansionato in uno dei nostri scanner CT.

Quindi il radiologo ed il patologo

ed in alcuni casi anche l'esperto di medicina legale

osservano i dati prodotti dalla CT

e lavorano insieme su di essi.

Quindi decidono che cosa faranno nell'autopsia reale.

Ora guardiamo ad alcuni casi,

ecco il primo caso che abbiamo avuto.

Potete ossservare le caratteristiche dell'insieme di dati;

la risoluzione è molto elevata.

E i nostri algoritmi ci consentono

di zoomare nei dettagli

Ed è completamente interattivo,

quindi potete ruotare o guardare attraverso le cose in tempo reale

usando questi sistemi.

Senza rilevare troppo su questo caso,

posso dire che è un incidente di traffico,

un ubriaco ha colpito una donna.

Ed è facilissimo notare i danni alla struttura ossea.

E che la causa della morte è la rottura del collo.

E questa donna è anche finita sotto la macchina,

quindi è stata gravemente colpita

da questo scontro.

Ecco un altro caso, un accoltellamento.

E di nuovo si può vedere subito cosa possiamo fare.

E' facilissimo osservare gli artifatti metallici

che si possono vedere nel corpo.

Si possono anche vedere alcuni artifatti dai denti --

in realtà è l'amalgama delle otturazioni --

e questo perchè ho impostato la funzione mostra metallo

e rendi tutto il resto trasparente.

Ecco un'altro caso violento. Non è questo ad avere ucciso la persona.

E' stato ucciso da pugnalate al cuore,

ma hanno depositato il coltello

facendogli attraversa un occhio.

Ecco un'altro caso.

Ci interessa molto poter

osservare aspetti come una pugnalata.

Qui si vede che il coltello ha attraversato il cuore.

E' facile osservare come l'aria sia passata

da parte a parte,

cosa difficile da fare in una normale autopsia standard.

Quindi è veramente di grande aiuto

nelle investigazioni,

per stabilire la causa della morte,

e talora anche per indirizzarle nella giusta direzione

e scoprire quindi l'assassino.

Ecco un altro caso che considero interessante.

Si può vedere un proiettile

incastrato in prossimità della colonna vertebrale.

Quindi abbiamo trasformato questo proiettile in una fonte di luce

quindi in realtà il proiettile stà brillando,

e ciò rendere semplice trovare questi frammenti.

Durante una autopsia tradizionale,

occore scavare nel corpo per trovare i frammenti,

una cosa veramente difficile da fare.

Sono molto lieto di potervi

mostrare oggi

il nostro tavolo virtuale per autopsie.

E' un strumento sensibile al tocco che abbiamo sviluppato

basato su questi algoritmi, che usano GPU standard.

Assomiglia a questo,

tanto per darvi un'idea del suo aspetto.

Funziona quasi come un gigantesco Iphone.

Quindi abbiamo implementato

tutti i movimenti che si possono fare sul tavolo

potete vederla come un'enorme interfaccia a sfioramento.

Quindi se state pensando di comprare un Ipad

lasciate perdere; è questo che volete.

Steve, spero che tu stia ascoltando.

E' un apparecchio veramente interessante.

Quindi se ne avete l'opportunità, provatelo.

E' una vera esperienza hands-on.

E sta guadagnando consensi, quindi stiamo provando a lanciarlo

ed utilizzarlo per fini educativi

ma forse anche, in futuro,

in situazioni cliniche.

C'è un video su YouTube a cui potete fare riferimento

se volete diffondere ad altri le informazioni relative

alle autopsie virtuali.

Ok, parlando di interfaccie a sfioramento

cominciamo a parlare di toccare davvero i dati.

Adesso questa è quasi fantascienza,

ci stiamo inoltrando veramente nel futuro.

Non è qualcosa che i medici stanno veramente usando adesso

ma spero che lo faranno in futuro.

A sinistra potete vedere uno strumento a contatto.

E' una piccola penna meccanica

dotati al suo interno di motori a passo molto rapido.

Che può generare un ritorno di forza.

Così se tocco virtualmente dei dati,

la penna genererà un sensazione tattile.

Ora in questa situazione particolare,

vediamo la scansione di una persona viva.

Ho questa penna, osservo i dati,

e muovo la penna verso la testa,

e all'improvviso sento una resistenza.

E' come se toccassi la pelle.

Se spingo un poco di più, oltrepasso la pelle

e posso avvertire la sensazione di toccare le ossa.

Se spingo ancor di più, attraverso la struttura ossea,

specie vicino all'orecchio dove l'osso è molto soffice.

E posso provare la sensazione di toccare il cervello, che è viscido.

Una cosa molto interessante.

E per andare oltre, questo è il cuore.

E grazie a questi fantastici nuovi scanner,

in appena 0.3 secondi,

posso scansionare l'intero cuore,

e tenere anche conto del fattore tempo.

Guardando a questo cuore,

posso visualizzare questo video.

E' Karl Johan, uno dei miei studenti

che lavora al progetto.

Siete di fronte al congegno Haptic, il sistema di force feedback,

e sta muovendo la penna verso il cuore,

e il cuore comincia a pulsare di fronte a lui

quindi ora si vede il cuore mentre pulsa.

Ora ha preso la penna, la muove verso il cuore

e la sposta verso il cuore

ed prova la sensazione di sentire i battiti, come un paziente reale.

Quindi può esaminare il modo in cui il cuore si muove.

Può entrarci dentro, spingersi dentro il cuore,

e provare la sensazione di toccare le valvole.

Penso che questo sia il futuro della chirurgia cardiaca.

Penso che questo sia un sogno nel cassetto dei cardiochirurgi

poter entrare nel cuore di un paziente

prima ancora di operarlo,

e il tutto con dati ad alta risoluzione.

Veramente splendido.

Inoltriamoci ancora nella fantascienza.

Guardiamo alla risonanza magnetica funzionale MRI.

E' un progetto molto interessante.

La MRI usa campi magnetici

e radiofrequenze

per scandire il cervello, o altri parti del corpo.

Quindi quello che stiamo ottenendo

sono informazioni sulla struttura del cervello,

ma possiamo anche misurare la differenza

tra le proprietà magnetiche del sangue ossigenato

e quelle del sangue privo di ossigeno.

Ossia questo rende possibile

mappare l'attività del cervello.

E' qualcosa cui stiamo lavorando.

Ecco Motts l'ingegnere ricercatore

mentre entra nella MRI

ed indossa degli occhiali.

Lui può vedere oggetti con gli occhiali.

Quindi posso mostrargli gli oggetti mentre è nello scanner.

E' proprio una cosa curiosa,

perchè in realtà ciò che Motts sta guardando

è il suo cervello.

Dunque Motts compie qualche azione.

E probabilmente muoverà la mano destra in questo modo,

perchè il lato sinistro della corteccia

motoria è attivato.

E lui può vederlo mentre avviene.

Sono visualizzazioni del tutto nuove.

Questo è qualcosa su cui stiamo facendo ricerche da qualche tempo.

E' un'altra sequenza del cervello di Motts.

Abbiamo chiesto a Motts di contare indietro partendo da 100.

E quindi pensa "100,97,94."

E quindi conta all'indietro.

E potete vedere come ci sia un piccolo processo matematico nel suo cervello

che sta illuminando l'intero cervello.

E' fantastico, e possiamo farlo in tempo reale.

Possiamo investigare, chiederli di fare delle azioni.

Potete anche vedere la sua corteccia visiva

attivata nel retro della testa,

perchè è li che lui guarda, mentre guarda il suo stesso cervello.

Ed ascolta anche le nostre istruzioni

quando gli dicamo di fare qualcosa.

E' un segnale che si trova molto in profondità nel cervello,

ma riluce evidentemente,

perchè tutti i dati sono in questo blocco.

E tra un secondo lo vedrete anche voi --

Ok, Moots, muovi il tuo piede sinistro.

E si muove così.

Per 20 secondi continua a fare così

e di improvviso qui si accende qualcosa.

E' l'attivazione della corteccia motrice.

E' molto, molto bello.

Penso sia uno strumento fantastico.

E riconnettendomi al talk precedente,

è qualcosa che possiamo usare come strumento

per capire veramente

come funzionano i neuroni, come funziona il cervello,

e possiamo farlo con altissima qualità visuale

e risoluzione velocissima.

Quindi ci stiamo divertendo un poco.

Questa è una scansione TC - tomografia computerizzata.

E' un leone dello zoo locale

appena fuori da Norrkoping in Kilmarden, Elsa.

Dunque lei è venuta al laboratorio

dove è stata sedata

e dove è stata messa nello scanner.

E quindi, ovviamente, ottengo tutti i dati relativi al leone.

E posso ottenere delle bellissime immagini.

Posso rimuovere uno strato dal leone.

E guardare all'interno.

Lo stiamo sperimentando.

Penso sia una ottima applicazione

per il futuro di questa tecnologia.

Perchè ben poco è noto dell'anatomia animale.

Ciò che i veterinari hanno sono informazioni essenziali.

Possiamo scansionare ogni tipo di cosa,

ogni tipo di animale.

L'unico problema è farli entrare nella macchina.

Ecco un orso.

E' stato difficile farlo entrare.

Un orso coccolone, un animale amichevole.

Ecco, qui si vede il naso dell'orso.

E forse vorrete coccolarlo,

finchè non cambiate la funzione e vedete questo.

Quindi attenzione all'orso.

Quindi, infine,

vorrei ringraziare tutte le persone

che mi hanno aiutato a generare queste immagini.

Ciò richiede uno sforzo immenso,

per ottenere i dati e sviluppare gli algoritmi,

e sviluppare il software.

Si tratta di gente talentuosa.

Il mio motto è sempre, assumi gente più sveglia di te

e molti di loro sono più svegli di me.

Grazie molte.

(Applausi)