Neue Modellierungsansatz Verwandelt Imaging Technologies
Die Forscher sind die Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Technologien , die von der medizinischen CT-Scanner , digitale Kameras mit Hilfe eines Systems von Modellen, um bestimmte Informationen aus großen Sammlungen von Daten zu extrahieren und dann Rekonstruieren von Bildern wie ein Puzzle .
Der neue Ansatz wird als modellbasierte iterativen Rekonstruktion oder MBIR .
"Es ist mehr oder weniger , wie Menschen Probleme zu lösen durch Versuch und Irrtum , die Wahrscheinlichkeit einzuschätzen und Verwerfen fremden Informationen", sagte Charles Bouman , Purdue University Michael und Katherine Birck Professor für Elektrotechnik und Informationstechnik und Professor für Biomedizinische Technik .
MBIR wurde in einem neuen CT -Scan-Technologie , die Patienten für ein Viertel der Strahlung der herkömmlichen CT -Scanner belichtet verwendet. In der Unterhaltungselektronik hat eine neue Kamera eingeführt, die es dem Benutzer, das Bild zu konzentrieren , nachdem sie getroffen wurde, ermöglicht .
" Diese Innovationen sind das Ergebnis von 20 Jahren Forschung global auf iterative Rekonstruktions entwickeln", so Bouman . " Wir sind nur die Spitze des Eisbergs . Da die Forschungsgemeinschaft baut genauere Modelle , können wir weitere Informationen , um bessere Ergebnisse zu extrahieren. "
In der medizinischen CT-Scanner , ist die Reduzierung der Strahlenexposition durch Effizienzsteigerung über die Modelle und Algorithmen erreicht . MBIR reduziert "Rauschen" in den Daten , eine grßere Klarheit, die dem Radiologen oder radiologischen Techniker ermöglicht , den Patienten mit einer niedrigeren Dosierung scannen , wobei Bouman .
" Es ist wie mit Nachtsichtgerät ", sagte er . " Sie ermöglichen bei sehr schwachem Licht zu sehen , so wie MBIR ermöglicht es Ihnen, qualitativ hochwertige CT-Scans mit einem Low-Power- Röntgenquelle zu nehmen. "
Forscher haben auch die Vorgehensweise verwendet, um die Qualität von Bildern mit einem Elektronenmikroskop zu verbessern. Neue Erkenntnisse werden in einem Forschungspapier detailliert während des Electronic Imaging 2013 Konferenz in San Francisco diese Woche vorgestellt.
Traditionell Bildsensoren und Software sind für die Detektion und Messung einer bestimmten Eigenschaft . Der neue Ansatz hat die umgekehrte , sammeln riesige Datenmengen und später Keulung bestimmte Informationen aus diesem Pool von Informationen mit Hilfe spezieller Modelle und Algorithmen .
"Wir verlassen die Idee der Reinheit - sammelt genau , was wir brauchen ", so Bouman . "Stattdessen nehmen wir alle Messungen können wir vielleicht und dann später zu extrahieren , was wir wollen . Dadurch erhöht sich der Umschlag von dem, was Sie tun können, enorm . "
Purdue , der University of Notre Dame und GE Healthcare verwendet MBIR auf Veo , eine neue CT -Scan-Technologie , die es Ärzten ermöglicht, Patienten mit hoher Klarheit Bilder in bisher unerreichte niedrige Strahlendosis Diagnose erstellen. Die Technologie hat sich gezeigt, dass die Strahlenbelastung um 78 Prozent zu reduzieren.
"Wenn Sie diagnostisch nutzbar Scans bei so niedrigen Dosierungen erhalten, dies eröffnet die Möglichkeit, groß angelegte Screening für Dinge wie Lungenkrebs ", sagte Bouman . " Sie eröffnen ganz neue klinische Anwendungen , weil die Dosierung so niedrig ist. "
CT-Scanner ist weit besser zu diagnostizieren Krankheit als planare Röntgenstrahlen , da es ein dreidimensionales Bild des Gewebes liefert . Herkömmliche CT-Scanner emittieren zu viel Strahlung auf breiter Diagnostikum verdienen.
"Aber als die Dosierung untergeht , wird das Nutzen-Risiko- Abwägung für das Screening deutlich günstiger werden", so Bouman . "Für die Elektronenmikroskopie ist die prinzipielle Vorteil höherer Auflösung , aber es gibt auch einen Vorteil bei der Verringerung der Elektronendosis, die die Probe beschädigen könnten. "
Die Forschung auf Veo entwickeln war eine Teamleistung mit Ken Sauer, Associate Professor für Elektrotechnik an der Notre Dame, in Zusammenarbeit mit Jean-Baptiste Thibault, Jiang Hsieh und Zhou Yu . Thibault und Yu arbeitete an der Technologie als wissenschaftliche Hilfskräfte unter Bouman und Sauer und beide derzeit GE Healthcare arbeiten .
" Und es gibt viele andere Menschen , die ähnliche und verwandte Forschung an anderen Universitäten und Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt ", so Bouman . "Letztlich könnte 3D- Röntgen-CT- Bilder etwas Dosierung als altmodische planaren Brustradiographien erfordern . Dies würde es ermöglichen CT für die medizinische Untersuchung , ohne erhebliche nachteilige Auswirkungen verwendet werden. "
Im Elektronenmikroskop Forschung MBIR wurde verwendet , um Bilder von kleinen Kügelchen genannte Aluminium-Nanopartikel zu nehmen.
"Wir werden immer Rekonstruktionsqualität , die dramatisch besser als das bisher möglich war ist , und wir denken, wir können es noch weiter zu verbessern ", so Bouman .
Verbesserte Auflösung könnte Forschern helfen zu entwerfen , die nächste Generation von Nanokompositen für Anwendungen wie Brennstoffzellen und transparente Beschichtungen .
Das Papier wurde von der Purdue Doktorand Singanallur Venkatakrishnan verfasst ; US Air Force Research Laboratory Forscher Lawrence Drummy und Jeff Simmons ; Michael Jackson , ein Forscher von Bluequartz Software ; Carnegie Mellon University Forscher Marc De Graef ; und Bouman . Ein Tutorial Artikel ( pdf) erschien auch im Januar in der Zeitschrift Current Radiologische Berichte .
Die Modelle und Algorithmen in MBIR gelten Wahrscheinlichkeitsberechnungen, die richtigen Informationen zu extrahieren , so wie Menschen nutzen logische Annahmen , Schlussfolgerungen zu ziehen .
" Sie suchen alle möglichen Daten zu finden, was Sie suchen ", so Bouman . . "Das ist , wie die Menschen Probleme zu lösen Sie sah Bob gestern im Laden ; . . Sie fragen sich , wo er von Na ja, legen Sie fest, dass er in der Regel von der Arbeit kommen , weil Sie einige Wahrscheinlichkeitsmodelle im Kopf haben kommen wissen Sie er wahrscheinlich wasn 't von San Francisco kommen , weil Bob nicht nach San Francisco gehen sehr oft , usw. "
MBIR könnte auch erschwinglicher CT-Scanner für Flughafen -Screening zu bringen. Bei herkömmlichen Scannern, dreht eine Röntgenquellemit hoher Geschwindigkeit um eine Kammer , die Erfassung Querschnittsbilderdes Gepäcks innerhalb der Kammer angeordnet . Jedoch könnte MBIR die Maschinen , indem die Notwendigkeit für den Drehmechanismus vereinfacht werden können.
Zukünftige Forschung umfasst Arbeiten zur iterativen Rekonstruktion verwenden, um Materialien zu studieren. Purdue ist Teil einer neuen Multi - University Research Initiative der US Air Force finanziert und von De Graef geführt. Die Forscher werden die Methode verwenden, um die Struktur von Materialien , Arbeit, die Entwicklung der nächsten Generation von Materialien führen könnten, zu studieren.
Geschrieben von Emil Venere