Portare le capacità di supercalcolo su tablet e smartphone in ambito sanitario potrebbe permettere rapide letture dei dati medici e simulazioni. Ce ne parla Gianluigi Rozza della SISSA di Trieste
Un supercomputer può entrare in sala operatoria? Oggi ancora no, ma nel prossimo futuro sarà possibile. La potenza di calcolo a portata di chirurgo potrebbe, ad esempio, permettere la lettura della “geometria” della struttura vascolare del paziente in tempo quasi reale, personalizzando e perfezionando sempre di più ogni aspetto della medicina. È questo ciò che viene studiato da un gruppo di ricerca internazionale della Scuola Internazionale Superiori Studi Avanzati (SISSA, Trieste), grazie al progetto AROMA-CFD finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca e destinatario di un ERC, partendo da un’idea nata circa 15 anni fa negli Stati Uniti.
Prevedere l’esito di un intervento o l’evoluzione di una patologia grazie a modelli matematici in grado di descrivere sistemi complessi, come le strutture dei vasi sanguigni dell’organismo umano, con un database di calcoli e soluzioni che rende accessibile il lavoro di calcolo di settimane in pochi secondi. “È la potenza dei dati: grazie alle informazioni anonime su pazienti, fornite dagli ospedali che collaborano al progetto, il supercomputer elabora e crea database di simulazioni che possono essere poi consultate da smartphone e tablet”, commenta Gianluigi Rozza, professore di “Numerical Analysis and Scientific Computing” e coordinatore del programma in “Mathematical, Analysis, Modelling and Applications” alla SISSA. Gli ospedali coinvolti nel progetto sono il San Camillo di Roma, il Luigi Sacco di Milano e alcune strutture a Houston e Toronto.
La fluidodinamica computazionale si basa su algoritmi e analisi per risolvere problemi relativi ai fluidi. I ricercatori del gruppo di Rozza si occupano proprio di fluidi, come l’acqua e il sangue, con applicazioni che vanno dall’industria alla biomedicina. “Tutti i fluidi hanno un modello matematico molto simile, anche se cambiano alcuni parametri complessi”, prosegue il professore. “L'aspetto più affascinante è che questi modelli sono stati proposti secoli fa e adesso sono diventati il carburante del supercomputer”. La materia è studiata da centinaia di anni e sul comportamento dei liquidi esistono modelli che abbiamo ereditato dagli studiosi del Settecento.
L’applicazione in ambito medico è conseguente al fatto che, in caso di malattia, è stato osservato che la fluidodinamica del sangue del paziente cambia. Basandosi sui dati elaborati dal supercomputer, è possibile descrivere il funzionamento cardiovascolare e, facendo una progettazione d’ingegneria chirurgica, si potrebbero strutturare ad hoc le operazioni o valutare opzioni di intervento in tempi brevissimi. Ad esempio, nei casi di emergenza. “Grazie all’elevata potenza di calcolo a disposizione, i chirurghi possono esplorare più soluzioni in tempo reale - spiega Rozza - e capire se ci sono configurazioni realizzabili migliori per fare in modo che i bypass coronarici, per esempio, siano impiantati meglio e possano durare di più. La stessa cosa si applica alla valutazione dello stato di salute della carotide con l’insorgere di placche o degli aneurismi.” Diventa sempre più evidente l’importanza che stanno assumendo i big data e la loro gestione, e la digital health in generale. “Inoltre, le applicazioni non si fermerebbero alla sala operatoria, ma si potrebbero estendere allo studio dell’evoluzione di una patologia, come ad esempio nel caso di ictus e infarto”, prosegue Gianluigi Rozza. “Per ora siamo ancora nella fase sperimentale, ma la speranza è quella di realizzare il progetto entro tre anni. I feedback dei medici con cui collaboriamo sono molto positivi.”
Il gruppo si sta occupando dello sviluppo del codice che permette di consultare in tempo reale i database. Il supercalcolo, che ha già molte applicazioni nel presente, avrà sempre più applicazioni e, grazie a queste tecnologie a misura di smartphone, sarà più facilmente utilizzabile. “I supercomputer si usano già per simulazioni classiche, non in tempo reale e basate su un paziente modello. Cuore e cervello sono due vere e proprie sfide del futuro, per le quali il supercomputer fornirà risposte importanti”, conclude Rozza. “Le tecnologie e la medicina del futuro saranno sempre più interconnesse: dati, apprendimento automatico, supercalcolo. I modelli ridotti per il calcolo in tempo reale permetteranno di avere veri gemelli digitali (o “digital twin”) per i singoli pazienti, su cui simulare diversi scenari di evoluzione e migliorare la comprensione del quadro clinico e una migliore pianificazione degli interventi.”
