ACM命名阿曼达·兰德斯ACM计算奖获得者,通过创新的算法、工具和用于诊断和治疗各种人类疾病的高性能计算方法,为计算健康做出了开创性贡献。
Randles是杜克大学普拉特工程学院生物医学科学副教授Alfred Winborne和Victoria Stover Mordecai。她以开发新的计算工具来利用世界上最强大的超级计算机来创建生物物理过程的高精度模拟而闻名。她早期的工作包括创建精确的三维模拟血液如何流过循环系统。最近,她和她的团队开发了生物医学模拟,对患者护理产生了直接和具体的影响,包括70万次心跳的模拟(之前的最新技术是30次心跳)、数百万细胞的相互作用以及癌细胞在体内的移动。
血流模拟与心脏研究
尽管在她的职业生涯早期,Randles领导了她的领域,开发了计算工具,使高精度三维血流模拟能够诊断和治疗各种人类疾病。她在该领域的主要贡献包括开发了第一个在细胞水平上模拟整个心跳的冠状动脉树,使用150万个计算机处理单元(CPU)模拟整个人体范围内的血流,并使用经过训练的机器学习模型开发一个框架,用于预测新条件下的关键血流动力学指标。她还开发了一种新的方法来模拟人类心脏,从而可以对大量患者进行心脏模拟。反过来,这些模拟导致了一系列的论文,她在其中证明,为了模拟复杂的流动现象,必须考虑完整的动脉树,包括其侧枝。心脏病专家也可以使用Randles的完整3D模拟来规划治疗程序。例如,通过这些模拟,医生可以非侵入性地确定哪些冠状动脉病变需要治疗,或者在柔性动脉中放置刚性金属支架可能会对冠状动脉血流动力学产生何种影响。
Randles的模拟70万次心跳的算法是使用可穿戴的数据采集设备开发的,以获取一个人在正常活动期间循环状态的完整轮廓。这是现有方法的一大进步,该方法依赖于在医生办公室等非典型环境中捕获的独立快照。
流固耦合工作
作为使用计算机更好地理解生理学这一更广泛工作的一部分,Randles对流体-结构相互作用做出了具体贡献,该相互作用研究流体与固体结构相互作用的物理(例如血液与静脉壁的摩擦)。她在这一领域的主要努力之一是与她的团队合作开发自适应物理细化(APR)框架,用于捕获毫米尺度上的细胞级交互作用。APR是一项突破性技术,它允许在较长的长度范围内以3D形式捕获细胞力学,大大降低了计算成本(计算所需的时间和能量),并使模拟能够捕获以前不可能实现的穿越距离。重要的是,APR将以细胞分辨率捕获的流体体积增加了至少五个数量级。在流体-结构相互作用的其他工作中,Randles的团队开发了一种可以调整到特定细胞类型的计算方法。他们通过比较癌细胞和红细胞微流控实验的数据来验证这个新模型。Randles和她的团队还开发了新的方法,使数亿个细胞的移动能够在异构架构(集成计算机处理单元和图形处理器的高级硬件系统)上进行处理。
肿瘤研究和癌症预防的前景
Randles用于心血管系统建模的计算工具也可以用于了解肿瘤如何转移。她正在开发一种模拟单个细胞和最小血管的方法,用于跟踪肿瘤细胞通过循环到达的器官。肿瘤学家将能够在决策中使用她的模型。她的模型也将更好地促进正在开发的用于过滤转移细胞的新植入设备的测试。
ACM主席Yannis Ioannidis说:“开发最好的工具来帮助医生预防疾病和改善患者护理是最有价值的努力之一。”。“Amanda Randles的工作解决了人类面临的一些最重大的健康挑战,如心脏病和癌症。每天,计算机都能在许多领域取得重大进展。在这些进展的背后,总有人有远见,可以利用计算来应对科学挑战,也有人有洞察力来设计和发展应对挑战的创新方法。阿曼达·兰德斯(Amanda Randles)就是这样一个人,她利用自己的经验、技术的广度和深度,在计算和生物物理的交叉点上开辟了新的可能性。我真的为她取得的成就感到兴奋,我渴望看到她下一步会把我们带到哪里。我一直期待着宣布ACM计算机奖,这是继ACM A.M.图灵奖之后ACM第二大声望最高的荣誉。阿曼达加入了我们授予该奖项的一系列年轻专业人士,他们正在创造新的科学思维范式,并通过他们的工作展示了技术领先的巨大潜力。”
Infosys首席执行官Salil Parekh表示, “Amanda Randles的卓越成就证明了她的专业知识。她的创新技术不仅将加深我们对疾病的理解,也预示着生物医学模拟的新纪元。Amanda的富有远见的贡献将为该领域带来革命性的变革,并为解决严峻的医学挑战带来希望。作为享有盛誉的ACM计算机奖的创始赞助商,Infosys对Amanda Randles表示赞赏。”
Randles将于6月22日星期六在旧金山皇宫酒店举行的年度ACM颁奖晚宴上正式获得ACM计算机奖。
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