A Losanna fra NVIDIA Tesla, calcolo e cardiologia

Nonostante la distanza in linea d'aria nemmeno eccessiva, servono quasi 5 ore per arrivare a Losanna, distante dai trafori alpini quanto basta per allungare il percorso in maniera inattesa. Giunti sul posto ci troviamo di fronte un istituto abbastanza grande, con l'ordine e la calma che contraddistingue gli ambienti di studio d'oltralpe. Non c'è il vociare tipico delle nostre latitudini, sostituito da un'atmosfera quasi ovattata. Chiamiamo il Dottor Simone Melchionna, che arriva poco dopo. E' lui la persona che ci dirà a cosa serve l'installazione NVIDIA Tesla, oltre a farci capire a grandi linee gli studi che conduce fra queste tranquille mura.

Il Dottor Melchionna ha il suo ufficio all'interno del dipartimento LMMM, Laboratory of Multiscale Modeling of Materials. Andando più nel dettaglio, fra le sue occupazioni troviamo la scienza computazionale applicata alla fluidodinamica e al movimento atomico di particelle, finalizzata alla definizione di un modello di dinamica molecolare. In questi termini, il lavoro del Dr. Melchionna è ancora fumoso e non incontra ancora l'interesse che merita. Entriamo maggiormente nel dettaglio.

Lo studio prevede la creazione di un modello di mappa delle arterie coronariche, la cui struttura è differente da persona a persona. Si tratta di uno studio tutt'altro che accademico, in quanto molti dei decessi di natura cardiaca sono causati proprio da problemi alle coronarie e da patologie più o meno visibili con le metodologie tradizionali. Le placche presenti all'interno della rete coronarica sono di fatto delle bombe a tempo: il distacco di queste placche, non individuate, possono portare alla morte improvvisa per infarto, evitabile in molti casi attraverso una diagnosi precoce del problema e intervento mirato.

Lo studio è davvero innovativo: si tratta di ricostruire la geometria esatta della rete arteriosa che circonda il cuore, mappabile attraverso immagini provenienti dalla tomografia computerizzata ad alta risoluzione. Tutto parte da un numero molto elevato di immagini ritraenti sezioni del cuore, eseguite con un macchinario simile come concezione alla TAC ma con una risoluzione più elevata. Ogni singola immagine è di fatto un piano che costituisce una sezione cardiaca con ogni dettaglio che, affiancata ad altre simili ma in posizioni differenti, vanno a costruire un grossolano modello tutto da interpolare. Maggiori le sezioni mappate, maggiore sarà la fedeltà del modello.

Un problema che sembra semplice a parole ma che diventa incredibilmente complicato nei fatti. Prima di tutto servono algoritmi per definire cosa è arteria coronarica e cosa non lo è, all'interno di immagini tutt'altro che semplici da interpretare. Fatto questo, software sviluppati ad hoc cercheranno di interpretare la mappa coronarica e definire in seguito il flusso sanguigno, andando a realizzare l'ambizioso progetto. Altro problema da non trascurare: queste misurazioni sono effettuate su pazienti ovviamente vivi e, a differenza di altri organi, il cuore batte. E' quindi ordinaria amministrazione che possano esistere immagini ritraenti sezioni molto differenti rispetto allo "scatto" immediatamente precedente.

Come si capisce chiaramente, tutto questo ha un costo in termini di calcolo davvero enorme, considerando che il risultato deve concretizzarsi in tempo reale. L'interpolazione delle immagini e la successiva creazione della mappa e della fluidodinamica richiede una potenza di calcolo compresa fra 10 e 20 Teraflop. Impensabile anche iniziare con un sistema meno potente. La risposta è univoca: HPC. Entrano in scena nomi del calibro di IBM BlueGene, NVIDIA e E4.