MRT und Patientensimulator
Da keine ionisierende Strahlung verwendet wird, ist MRT eine sehr sichere und nicht-invasive Alternative für statische und dynamische Analysen in biologischem Gewebe. Das EU-finanzierte Projekt "Enhanced MRI physics simulator" (MRISIMUL) entwickelte ein realistisches Simulations-Tool, das auf einem einzelnen Computer läuft. Anhand realistischer MRT-Daten sollte geklärt werden, wie es zur Entstehung von Artefakten bei kardiovaskulären MRTs kommt. Auf diese Weise können Untersuchungsprotokolle verbessert und gleichzeitig auf komplexe und teure Versuche an Menschen oder Tieren verzichtet werden. Die Wissenschaftler entwickelten eine MATLAB-Plattform, um spezielle MRT-Pulsfolgen zu generieren und diese zur Modellierung von Objekten einzusetzen. MRISIMUL verwendete hierfür die Bloch-Simulation, die am genauesten den Einfluss der Impulsfolge auf die Magnetisierung erklärt. Nach Analyse der Rechenleistung wurde klar, dass sogar mit einem High-End-PC die Laufzeiten von mehreren Tagen noch bei weitem zu lang sind. Die Forscher ersetzten daher die CPU (zentrale Prozessoreinheit) durch mehrere in Grafikprozessoren (GPU) integrierte Prozessorkerne, ebenfalls auf einem einzelnen Computer. Jetzt laufen die rechenaufwändigen Kerndienste (Kernel) parallel in der GPU-Umgebung und mit einer etwa 228 Mal höheren Geschwindigkeit ab als bei der seriellen Verarbeitung mit einer CPU. Damit dauert eine Simulation zum Beispiel nicht mehr 5 Tage (120 Stunden) wie bisher, sondern nur noch etwa eine halbe Stunde. Mit Systemen, die mit mehreren Knoten und GPU arbeiten, demonstrierte MRISIMUL eine fast linear skalierbare Leistung, indem die Anzahl verfügbarer GPU-Karten erweitert wird. Das Team entwickelte damit ein detailliertes 3D-Modell des menschlichen Herzens und Oberkörpers, das Bewegungen wie Atmung, Herztätigkeit und Blutfluss simuliert. Das Modell ist von der Projekt-Webseite aus installierbar. Dort wird auch ein "fuzzy" Modell der räumlichen Aufteilung im Gehirn mit 11 Gewebetypen präsentiert. MRISIMUL wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft interessiert aufgenommen, erstmals im Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance veröffentlicht und nach kaum einem Monat als Seite mit häufigem Zugriff bewertet. Das Projekt ebnet damit auch den Weg für Anwendungen in anderen Bereichen der Biomedizin, was eine bessere Diagnostik und Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten erwarten lässt.
Schlüsselbegriffe
MRT, Simulator, Kernspintomographie, biologische Gewebe, Entstehung von Artefakten, Herz-Kreislauf
