پزشکی و سلامت ,علمی، پژوهشی و فناوری

فراخوان دستیابی به دانش فنی توسعه و ساخت دستگاه تصویربرداری اکوکاردیوگرافی پزشکی

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : اکوکاردیوگرافی یا اکوی قلب جزء اولین و ساده‌ترین آزمایش‌هایی است که به هنگام روبرو شدن با مشکلات قلبی، پزشک برای تشخیص به آن نیاز خواهد داشت. مودالیته‌های پیشرفته مانند تصویربرداری ویژگی کرنش قلبی، دنبال کردن دوبعدی (بُرداری) جریان خون در قلب و پیاده‌سازی روش‌های تصویربرداری فوق ‌سریع به تازگی در محصولات اکوکاردیوگرافی پزشکی توسعه یافته‌اند و به متخصص قلب کمک خواهند کرد تا نظر کارشناسانه و دقیق‌تری در مورد بیمار ارائه دهد.

هدف از انجام این طرح پژوهشی، ارتقای محصول اکوکاردیوگرافی و پیاده‌سازی این مودالیته‌های پیشرفته است، به‌طوری‌که بتواند پارامترهای مختلف کرنشی و الاستیک قلب و نحوه گردش جریان در قلب را به‌صورت اتوماتیک اندازه‌گیری کند.

پیشینه مساله پژوهش

مودالیته (Modality) در زبان پزشکی و علوم مرتبط به معنای نوع یا روش خاصی از تکنیک یا درمان است که برای تشخیص، درمان یا ارزیابی یک وضعیت خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌طور کلی، این اصطلاح می‌تواند به دسته‌های مختلفی از روش‌ها یا مُدهای درمان یا تصویربرداری اشاره داشته باشد که از جمله می‌توان به مودالیته‌های پیشرفته مبتنی بر نرخ فریم بالا و استخراج ویژگی‌های دوبعدی و بُرداری تصویر در زمان (مانند تصویربرداری فوق‌سریع، اندازه‌گیری اتوماتیک ویژگی‌های کرنشی قلبی بر اساس دنبال کردن الگوی اسپکل (speckle) قلب و استخراج بردار سرعت گردش خون در صفحه دو بعدی) اشاره کرد. البته این روش‌ها نیازمند بستر سخت‌افزاری مبتنی بر پردازنده موازی GPU هستند تا امکان دریافت داده با حجم بالا در زمان کم و پردازش سریع آن فراهم شود.

اکوکاردیوگرافی فوق‌سریع، کاربردهای متعددی در تصویربرداری موج برشی (ارزیابی سفتی بافت و انتشار موج برشی در قلب)، ردیابی  اسپکل (حرکت و تغییر شکل میوکاردیال myocardial به‌طور دقیق)، تصویربرداری داپلر فوق ‌سریع (ثبت الگوهای جریان خون سریع و ارزیابی بیماری‌های دریچه‌ای قلب، نقص‌های مادرزادی و آریتمی‌ها)، تصویربرداری پرفیوژن میوکاردیال (ارزیابی جریان خون در عضله قلب در طول مراحل مختلف چرخه قلب) دارد. به طور خلاصه، تصویربرداری از کرنش قلب به دلیل کاربرد بالینی آن باید بخشی از معاینات معمول اکوکاردیوگرافی در نظر گرفته شود.

سیستم‌های تصویربرداری اولتراسوند پزشکی به‌ویژه با کاربری اکوکاردیوگرافی در ۶ سال گذشته به دلیل مبتنی بودن بر FPGA، قابلیت پیاده‌سازی چنین مودالیته‌های پیشرفته و در عین حال ارزشمندی را نداشتند. تعداد معدودی از برندهای شناخته‌شده در حوزه محصولات سونوگرافی و اکوکاردیوگرافی از جمله جنرال‌الکتریک، فیلیپس و سوپرسونیک، محصولات مبتنی بر GPU را به بازار عرضه کرده‌اند که امکان افزودن این مودالیته‌ها ایجاد شده است و در دو سال اخیر، این مودالیته‌ها تا حد خوبی در این سیستم‌ها پیاده‌سازی شده‌اند. هدف اصلی این طرح پژوهشی، افزودن این مودالیته‌های جدید و به‌روز دنیا به محصول فعلی شرکت دانش‌بنیان متقاضی این طرح پژوهشی است.

گام‌های تحقیقاتی

فاز ۱ مطالعات پژوهش عبارتند از: «بررسی استانداردها، مقالات و موارد مرتبط» و «آشنایی با دستگاه موجود در شرکت متقاضی».

فاز ۲ ارائه مدل که لازم است برای سیستم بیم‌فورمر پیشرفته، مدلی ارائه شود که بلوک دیاگرام‌ها و اجزای آن مدل بتوانند مبنای ساخت نسل آینده دستگاه‌های اکوکاردیوگرافی باشند. این فاز عبارتند از: «تعیین الگوریتم‌ها» و «تأیید الگوریتم‌های پیشنهادی بر اساس داده شبیه‌سازی».

فاز ۳ ارزیابی عملکرد مودالیته توسط فانتوم‌های استاندارد موجود در شرکت و تست بر روی داده‌های قلبی و ارزیابی خروجی بر اساس معیارهای ارزیابی مشخص است که خروجی روش‌ها با روش‌های موجود در مقالات و پتنت‌ها، بر اساس معیارهای کیفیت تصویر و معیارهای سنجش صحت عدد پارامتر استخراجی، مقایسه خواهد شد.

فاز ۴ بهینه‌سازی کدها بر بستر CUDA است که در این فاز، الگوریتم‌های تدوین شده باید بر روی بستر مناسب تست شوند و کدها بهینه نوشته شوند. نتایج بهینه‌سازی‌ها باید قابل مقایسه با خروجی پژوهش‌های روز دنیا باشند. فاز چهارم عبارتند از: «پیاده‌سازی الگوریتم‌های بر بستر CUDA»، «مقایسه نتایج پیاده‌سازی با نتایج کدهای MATLAB» و «بهینه‌سازی کدهای پیاده‌سازی شده به لحاظ زمان اجرا».

فاز ۵ ساخت نمونه اولیه است که با همکاری متخصصین شرکت این فرایند باید انجام شود و الگوریتم‌های ارائه شده توسط مجری که به‌صورت بهینه بر بستر GPU پیاده‌سازی شده‌اند، بر روی دستگاه نصب می‌شوند.

فاز ۶ مستندسازی و تحویل گزارش است که گزارش‌ها طی جلسات هفتگی تدوین خواهند شد و در دسترس مراجع مربوطه قرار می‌گیرند.

خروجی پژوهش

خروجی‌های مورد انتظار شامل موارد زیر خواهد بود:

* مودالیته‌های پیاده‌سازی شده به‌صورت کد CUDA به همراه رابط کاربری گرافیکی شامل مُدهای کاری مختلف: اندازه‌گیری اتوماتیک مشخصه کرنش قلبی، تصویربرداری بُرداری از گردش خون با نام داپلر بُرداری، تصویربرداری فوق‌سریع قلبی، ردیابی الگوی اسپکل،‌ تصویربرداری کرنشی قلبی، بخش‌بندی داده قلبی و استخراج نمای قلبی.

* الگوریتم‌های پیاده‌سازی‌شده بر روی سخت‌افزار بیم‌فورمر شرکت: معیار ارزیابی نتایج علاوه بر معیار کمّی، معیارهایsubjective و بر اساس نظر کاربران تخصصی و پزشکان همکار شرکت خواهد بود.

* رابط کاربری مودالیته‌های نرم‌افزاری مدنظر: مودالیته اندازه‌گیری اتوماتیک کرنش قلبی و داپلر بُرداری.

الزامات پژوهش

خطا و اختلاف قابل قبول برای خروجی نرم‌افزار= ۵ درصد (شاخص‌های زیر: تخمین ویژگی کرنشی قلبی، خطا در ردیابی بُرداری گردش خون در مود داپلر بُرداری و آرتیفکت و محوشدگی ناشی از حرکت بافت قلب در مود تصویربردار فوق‌سریع) نسبت به نرم‌افزار موجود کمپانی فیلیپس خریداری شده توسط شرکت متقاضی باشد.

فرکانس کاری بین ۱ تا ۱۵ مگاهرتز باشد. نرخ فریم مورد انتظار در مودالیته فوق‌سریع بین ۲۰۰ تا ۵۰۰۰ هرتز باشد.

تسهیم مالکیت فکری

مالکیت معنوی: مجری در مالکیت معنوی ناشی از اجرای پژوهش سهیم خواهد بود و انتشار مقاله مشترک توسط مجری و متقاضی در ژورنال‌های داخلی و خارجی، ارائه مقاله در کنفرانس‌ها و سمینارها با موافقت و اشاره به‌نام همه دست‌اندرکاران مجاز خواهد بود.

مالکیت منافع مادی: با توجه به مدل کسب‌وکار شرکت متقاضی، منافع مالی ناشی از توسعه این فناوری قابل اشتراک بین متقاضی و مجری است.

نحوه پذیرش

پذیرش طرح‌ها رقابتی است و از بین پروپوزال‌های دریافتی، موردی که شرایط زیر را داشته باشد، در اولویت خواهد بود:

* ترکیب متخصصین تیم پیشنهادی مرتبط باشد.

* افراد پیشنهادشده، دارای سابقه پژوهشی و فنی در آن موضوع باشند.

* زمان‌بندی، هزینه و شرح خدمات، متناسب و مرتبط با پژوهش موردتقاضا باشد. (در این بخش، مجری می‌تواند برآورد اولیه خود را اعلام کند، اما بدیهی است جزئیات اجرایی در ابتدای امر مشخص نیست و مجری و کارفرما با علم به این موضوع وارد این توافق خواهند شد).

* تیم پیشنهاددهنده، امکان همکاری با تیم ما جهت استفاده از زیرساخت سخت‌افزاری و نرم‌افزاری موجود به منظور پیاده‌سازی و تست الگوریتم‌های ارائه شده را داشته باشند.

* پروپوزال، طبق فرمت پیشنهادی بنیاد ملی علم، تهیه و از طریق سامانه کایپر ارسال شده باشد.

* فونت حروف و اعداد فارسی B Nazanin و اندازه قلم ۱۳ و فونت حروف و اعداد انگلیسی، Times New Roman و اندازه قلم ۱۱ باشد.

واجدین شرایط

پژوهشگر اصلی تیم لازم است عضو هیات‌علمی فعال یکی از دانشگاه‌ها و مؤسسات آموزش عالی کشور باشد. پس از دریافت پروپوزال از طریق سامانه، ارزیابی انجام شده و در صورت کسب امتیاز بالا، تیم برگزیده جهت مذاکره با بنیاد ملی علم و شرکت متقاضی دعوت خواهد شد.

کلیه افراد واجد شرایط تا ۱۷ دی فرصت دارند پروپوزال خود را از طریق سامانه کایپر برای بنیاد ملی علم ایران ارسال کنند.

مبلغ حمایت

پژوهش پیشنهاد شده تا سقف ۸۰ درصد، حداکثر ۲/۵ میلیارد تومان، توسط بنیاد ملی علم ایران حمایت خواهد شد. بدیهی است که مابقی هزینه‌ها باید توسط شرکت متقاضی پژوهش تأمین شود.

شیوه ثبت نام و ارسال درخواست

به نقل از بنیاد ملی علم، پژوهشگران جهت ثبت‌نام می‌توانند به سامانه کایپر مراجعه و از طریق بخش متقاضیان/ پژوهشگران اقدام کنند و درصورتی‌که در این سامانه پروفایل مشخصات فردی ندارند، ابتدا ثبت‌نام کرده و سپس به‌وسیله نام کاربری (Email) و رمز عبور اعطا شده وارد سامانه شوند. پس از ورود در بخش ارسال طرح جدید می‌توانند از کارتابل پژوهش عمیق شرکت‌های دانش‌بنیان اقدام به ارسال طرح کنند. 

پژوهشگران پس از مطالعه توضیحات فراخوان در صورت داشتن هر گونه ابهام یا سؤال در خصوص فرایند ارسال طرح، شرایط و محتوای علمی فراخوان می‌توانند با کارگروه دانش‌بنیان با ایمیلhatamkhani.a@insf.org  و شماره تلفن ۰۲۱۸۲۱۶۱۳۵۰ تماس بگیرند.