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

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)