Сумма технологий: что придет опосля томографии и рентгена?

    Компьютерная томография, МРТ, УЗИ. Мы все привыкли к тамошнему, что эти машинки — и врача — вглядываются в наши туловища по целому ряду обстоятельств. Это же оборудование помогает диагностировать болезни, измерять травмы либо предлагает грядущим родителям вероятность посмотреть на собственного подростка. За крайние полста лет сила вычислений практически перевернула мир и дозволила параллельно развивать навыки этаких систем компьютерной визуализации. То, что ранее виднелось как только двумерные «срезы», предстало собираться в трехмерные конструкции в высочайшем разрешении. Недвижные рисунки минувшего сейчас отображают бьющееся сердечко в режиме настоящего времени. Прогресс был истинно революционным.

    Сумма технологий: что придет опосля томографии и рентгена?

    Отличаясь в деталях, рентгеновская компьютерная томография, УЗИ и даже МРТ имеют не мало общего. Изображения, приобретенные при помощи каждой из этих систем, выполняются в ходе стильного взаимодействия датчиков, физики и вычислений. Они ишачят и не как только цифровой фотоаппарат, в каком заданные захватываются при помощи датчика и почти схожи производному изображению. Вконец нет: сырые заданные, собранные томографом, МРТ-машиной либо ультразвуковой системой, проходят суровую обработку, до того как предстанут похожи на изображения, по которым доктор сумеет что-то обусловить. Сложноватые методы помогают собрать Шалтая-Болтая по частям.

    Первые способы сканирования

    Сумма технологий: что придет опосля томографии и рентгена?

    Хотя мы используем рентгеновские лучи в энных передовых способах визуализации, на деле рентгеновское сканирование всходит к финалу 1800-х годов. Тенеподобный контраст на рентгеновских изображениях, либо проекциям, демонстрирует герметичность материала меж родником рентгеновских лучей и датчиком заданных. (В минувшем приименяли фрагмент рентгеновской пленки, однако сейчас привычно задействуют цифровой сенсор). Плотные объекты, к примеру, кости, поглощают и рассеивают намного все больше рентгеновских фотонов, чем поверхность тела, мускулы либо альтернативные мягенькие ткани, кои появляются наиболее черными на снимках.

    Сначала 1970-х существовала разработана разработка компьютерной томографии (CAT, Computerized Axial Tomography). Заместо тамошнего дабы выполнять лишь один рентгеновский снимок под одним углом, система CAT поворачивает рентгеновские родники и сенсоры, собирая не мало изображений под различными углами — этот процесс знаменит как только томография.

    Сумма технологий: что придет опосля томографии и рентгена?

    Сложность способа заключается фолиант, дабы собрать все эти заданные, со любых рентгеновских лучей и различных углов, и вынудить персональный компьютер адекватно собрать них в трехмерные снимки, скажем, руки человека. Неполадка существовала в математическом решении, над которым функционировал австрийский математик Иоганн Радон в 1917 году, и которое потом поновой открыл южноамериканский физик Аллан Кормак в 1960-х. Используя работу Кормака, Годфри Хаунсфилд, британский инженер-электрик первым показал рабочий томограф в 1971 году. За собственную работу над CAT Кормак и Хаунсфил были удостоены Нобелевской премии в области медицины в 1979 году.

    Возрастающая участие компов

    Перед началом недавнешних пор эти способы обработки были наиболее либо наименее закоренелыми с 70-х и 80-х годов. Однако сейчас добавочные мед нужды — и поболее массивные компы — приводят к нешуточным переменам. Наблюдается рост энтузиазма к КТ-системам, кои минимизируют рентгеновское облучение, выдавая доброкачественную картину с наименьшим количеством снимков. В дополнение к этому, некие внедрения вроде сканирования груди накладывают физические ограничения на то, сколько доступа может получить к телу тепловизор. Этакое сканирование можно провести с консервативных точек вокруг субъекта. Что приводит к развитию систем «томосинтеза», в каких консервативные заданные интерпретируются персональными компьютерами с образованием наиболее тотальных снимков.

    Аналогичные трудности появляются в контексте сканирования почвы на предмет обнаружения объектов — вроде загрязняющих веществ, мин либо месторождений нефти — скрывающихся у нас под ногами. В почти всех вариантах все, что мы можем, это же посылать сигналы с поверхности либо просверлить несколько отверстий для забора проб. Системы сканирования в аэропортах ограничены по времени и средствам, эдак что этакие рентгеновские системы умеют выполнять только несколько снимков.

    В этих и почти всех остальных областях мы сталкиваемся с наименьшим количеством общих заданных, что значит, что математический подход Кормака-Хаунсфилда и не будет ишачить подабающим образом для формирования изображений. Усилия, ориентированные на решение этих неурядиц, привели к появлению новейшей области исследовательских работ, «вычислительного зондирования», в каком датчики, физика и компы собираются совместно и «воспитываются» совершенно заного.

    Время от времени это же включает применение компьютерных вычислений наибольшей мощности к этим же заданным. В остальных вариантах аппаратные инженеры проектируют оборудование очень сплотченно с математиками, выясняя, как только предпочтительнее рассматривать существующие заданные. Совместно эти системы умеют обеспечить новейшие способности, кои обещают привести к нешуточным изменениям в почти всех областях исследовательских работ.

    Новейшие способности сканирования

    Одним из примеров этакого потенциала является биооптика — пользование света для глубочайшего проникания в потаенны тела человека. В то время как только зримый свет и не просачивается глубоко в ткани, хоть какой, кто закрывал лазерную указку пальцем, знает, что темно-красный свет просачивается минимум на пару см. Инфракрасный свет может пробиться гораздо поглубже в ткани человека. Это же раскрывает совсем новейшие методы сканирования туловища, хорошие от рентгена, МРТ либо УЗИ.

    Однако снова же, нужна вычислительная мощность, дабы перейти от снимков к одному трехмерному изображению отсканированных элементов туловища. ИСТИНА, расчеты взаимодействия инфракрасного света с тканями в этаком случае будут куда труднее, чем для рентгеновских лучей.

    И это же означает, что нам востребован совсем альтернативный способ, хороший от сделанного Кормаком, в каком рентгеновские заданные, можно сообщить, прямо преобразовывались в снимки герметичности туловища. Сейчас ученые ишачят на методом, который запускает процесс опять и опять, скармливая результаты одной итерации в качестве вводных заданных для последующей.

    Процесс начинается с предоставления персональному компьютеру способности угадать изображение оптических качеств исследуемой области туловища. Потом он употребляет компьютерную фотомодель, дабы высчитать, какие заданные сканера выдали бы этакое изображение. Навряд ли вас изумит, что первая гипотеза компа навряд ли будет оптимальной: вычисленные заданные и не соответствуют фактическому сканированию.

    Когда этакое происходит, персональный компьютер ворачивается обратно и уточняет собственную гипотезу на тематику изображения, пересчитывает заданные и опять ассоциирует них с плодами фактического сканирования. Хотя этот метод гарантирует, что совпадение будет наиболее высоченным, он и не гарантирует безупречный итог. Потому процесс длится и персональный компьютер генерирует все наиболее хорошенькие вариации. С течением времени они стают лишь предпочтительнее: персональный компьютер выдает заданные, кои больше соответствуют заданным, собранным заправдашним сканером. Когда совпадение становится довольно высоченным, метод выдает финишное изображение как только итог, достойный исследования доктора либо иного эксперта.

    Новейшие пределы сего типа исследовательских работ лишь начинают раскрывать. За крайние 15 лет ученые исследовали не мало потенциальных применений инфракрасного света, к примеру, для обнаружения рака молочной железы, многофункциональной визуализации головного мозга и поиска новеньких фармацевтических средств. Сочетание «больших данных» и «большой физики» просят тесноватого взаимодействия биомедиков, математиков и докторов.