מדענים הציגו לראשונה סימולציה מלאה למבנה הפנימי של עצם אנושית
מדעני יבמ שהשתמשו במחשב השני בעוצמתו בעולם פיתחו שיטה שתסייע באבחון וטיפול במחלת דילול העצם
מדענים במעבדת המחקר של יבמ בציריך פיתחו שיטה לסימולציה ממוחשבת שתסייע לאבחן ולטפל במחלת האוסטיאופורוזיס - דילול העצם (או בשמה העממי "בריחת סידן"), הפוגעת באחת מכל שלוש נשים ובאחד מכל חמישה גברים מעל גיל 50, ובדרך כלל מאובחנת לאחר שהגיעה לשלב שאינו ניתן לתיקון.
ע"י שימוש במחשב-על מדגם Blue Gene של יבמ, הצליחו מדענים של יבמ וחוקרים במכון הפדרלי השוויצרי לטכנולוגיה (ETH) להציג את הסימולציה המפורטת ביותר שבוצעה אי פעם של מבנה העצמות בגוף האנושי, עד לרמת המיקרו-מבנה הפנימי של כל מקטע עצם. רמת ההפרדה הגבוהה הזאת פותחת את הדרך למחקר בתחום חוזק העצמות, שלא היה אפשרי בעבר. ההישג הטכנולוגי הייחודי עשוי לסלול את הדרך לפיתוח כלים טובים יותר לאבחון ולטיפול באוסטיאופורוזיס.
אבחון מוקדם ככל האפשר של אוסטיאופורוזיס חיוני כדי למנוע את המשך תהליך המחלה. הסימולציה פורצת הדרך עשויה לשפר משמעותית את יכולתם של הרופאים לטפל טוב יותר בשברים, ולנתח את רמת השבירות וחוזק העצם בכל שלב משלבי המחלה. כך ניתן להחליט באילו כלים יש לטפל בכל חולה, כדי למנוע שברים עוד לפני שנוצרו.
עוד ב"הידען": הלוויין עמוס 3 נמסר לחברת חלל והחל במתן שירות
אוסטיאופורוזיס היא מחלת העצמות השכיחה ביותר בעולם. המחלה פוגעת ב-75 מיליון בני אדם בארה"ב, אירופה ויפן, ובעשרות מיליונים נוספים בשאר חלקי העולם. העלויות הנובעות מהמחלה, במונחים של מחירי טיפולים, אשפוזים ונטל על מערכת הבריאות, מהוות את הסעיף התקציב הרפואי השני בגודלו, לאחר עלויות מחלות לב וכלי דם.
המחלה מאופיינת בירידה בצפיפות העצם, ומובילה לסיכון גבוה לשברים. היא גורמת לכאבים, ומגבילה את התנועה והפעילות של אנשים מבוגרים. במקרים רבים, המחלה אינה מאובחנת עד להתרחשות השבר הראשון – אלא שאז היא מצויה כבר בשלב מתקדם, ודורשת שימוש בשתלים או בתהליכים כירורגיים יקרים כדי לטפל בשברים הללו, או כדי למנוע את השבר הבא.
אבחון אוסטיאופורוזיס מתבצע כיום באמצעות מדידת צפיפות העצם, תוך שימוש בקרני רנטגן מיוחדות או בטכנולוגיות סריקה ממוחשבת (CT). עם זאת, מחקר מסת העצם בכלים הזמינים כיום מציג רק רמה בינונית של דיוק בדרך למתן מענה לשאלה האמיתית – מהו חוזק העצם הנמדדת.
חוסר הדיוק הזה נובע מכך שעצמות אינן מבנה מוצק ומלא לחלוטין: בתוך המעטפת החיצונית הקשה והשלמה, מאופיינות העצמות במבנה פנימי ספוגי. המיקרו-מבנה הזה אחראי ליכולתה של העצם לשאת עומסים כבדים, ומדידתו מספקת את האינדיקציה הטובה ביותר לחוזקה האמיתי של העצם.
עוד ב"הידען": חברת הסטארט-אפ סיטוג'ן סיימה ניסויים קליניים בהתקן לאיסוף דם טבורי לאחר לידה
על מנת לפתח שיטה מדויקת ומהירה לניתוח אוטומטי של חוזק העצם, חברו מומחים בתחום ההנדסה המכנית והנדסת תהליכים במכון הטכנולוגי הלאומי בציריך יחד עם מומחי מחשוב-על במעבדות המחקר של יבמ הפועלות בעיר. השיטה פורצת הדרך אותה פיתח הצוות המשותף משלבת בין מדידת צפיפות עצם ובין ניתוח מכני יסודי של המיקרו-מבנה הפנימי שלה.
בעזרת סימולציה בהיקף משמעותי, ועיבוד מקבילי מסיבי, מצליחים המדענים של יבמ להציג "מפת אזורי עומס", ולנתח את השינויים החלים בעומסים בהם עומדת העצם. המפה הזאת נותנת לרופאים תשובה מדויקת לשאלות באיזה מקום של העצם עלול השבר להתרחש, ומהו העומס הצפוי לגרום לשבר כזה. על בסיס הניתוח המפורט והמדויק מאי-פעם, יכול הרופא לקבוע ולהתאים תהליך ניתוחי, להשתיל לוחיות לתמיכה בעצם, ולמקמן בנקודה הנכונה ביותר.
מחשב העל Blue Gene של יבמ איפשר לצוות המחקר לבצע סימולציה ראשונה של דוגמת עצם אנושית אמיתית, בגודל 5X5 מ"מ. למחשב נדרשו 20 דקות של זמן עיבוד כדי להפיק מידע בנפח של 90 גיגה בייט, המספק תיאור וניתוח של פיסת העצם ברמה המבנית המפורטת ביותר.
ביבמ חוזים כי בתוך עשר שנים יהיו היכולות המאפיינות את הדור הנוכחי של מחשבי-על זמינות ברמת מערכות שולחניות, ויהפכו סימולציות מפורטות של חוזק עצמות לעניין יומיומי בתהליך הטומוגרפיה הממוחשבת.
כדי להשלים את העיבוד, נדרשו אלגוריתמים מתמטיים מתקדמים המאפשרים לפתור בעיות במהירות גבוהה ביותר. העבודה הנוכחית היא שלב בסיסי ראשון בדרך לשימוש קליני בסימולציה של עצמות בהיקף גדול. עתה מתכננים המדענים להרחיב את טכנולוגיות החישוב שלהם אל מעבר לניתוח החוזק הסטטי של העצם, כדי לבצע סימולציה ברמת החולה הבודד.
לפנייה לכתב/ת 
סימולציה מפורטת למבנה העצמות
צילום: index open
לאתר "הידען"
