Wizualizacja medyczna

Jak to się dzieje, że na ekranie komputera możemy zobaczyć struktury anatomiczne człowieka? W dodatku nie pokroiwszy go wcześniej na kawałki?

Wszystko zaczęło się na przełomie XIX i XX wieku kiedy Röntgen postanowił dokładnie prześwietlić swoją żonę :) (patrz: Zdjęcie rentgenowskie dłoni żony Roentgena wykonane przez niego w 1896). Dla uściślenia prześwietlił ją promieniowaniem X. Kilka lat później dostał za to nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. I to właśnie dzięki temu promieniowaniu X (zwanemu również promieniowaniem rentgenowskim), możemy oglądać to co się dzieje wewnątrz człowieka.

Długie lata obraz ten zapisywany był na tradycyjnej kliszy fotograficznej. Dopiero z nastaniem ery komputerów upowszechnił się zapis cyfrowy. Wykonywane w ten sposób obrazy niestety miały jedną poważną wadę. Elementy anatomiczne o wyższej gestości przysłaniały pozostałe elementy wewnętrzne, co uniemożliwiało pełną ocenę badanych struktur. Wszystko zmieniło się pod koniec lat siedemdziesiątych kiedy to Królewska Szwedzka Akademia Nauk postanowiła przyznać nagrodę Nobla dla dwóch fizyków: Hounsfielda i Cormacka. Otrzymali ją oni za wynalezienie tomografa komputerowego. Urządzenie to dzięki pomiarom pod różnymi kontami pozwala na uzyskanie pełnej informacji z danego przekroju (więcej o tomografii można przeczytać na Wikipedii). Kolejne lata były bardzo dynamiczne w rozwoju samej tomografii komputerowej i różnej jej odmian. Powstające urządzenia gromadzą coraz więcej danych dobrej jakości, przy malejącej ilości szkodliwego promieniowania dla pacjenta. Najnowsze odkrycia w tym zakresie zostały bardzo dobrze opisane w artykule "Postępy w diagnostyce obrazowej w 2005 roku".

A co z wizualizacją tych danych?
Tomografy komputerowe generują obrazy płaskie. Wykorzystują w tym celu odwrotną transformatę Fouriera.
Ale to nie wszystko. Jeśli mamy obrazy przekrojowe wykonane dostatecznie gęsto (bliska odległość między dwoma pomiarami) możemy wygenerować przestrzenne wizualizacje, np. takie jak na tych obrazkach. Mogą być one wykonane w trybie powierzchniowym (surface rendering), gdzie wybrana struktura wewnętrzna jest przedstawiana jako lita bryła lub trybie przestrzennym (volume rendering), w którym poszczególne tkanki mają określoną przeźroczystość. To drugie podejście daje możliwość oglądania wielu struktur na raz.

Na rynku istnieje bardzo wiele programów, które pozwalają na rekonstrukcję przestrzenną obrazów medycznych. Na stronie "Oprogramowanie do wizualizacji danych medycznych" starałem się zebrać te z nich, które można pobrać za darmo i wykorzystywać do własnych celów. Aby je przetestować warto skorzystać z listy "Gdzie znaleźć darmowe obrazy medyczne do analizy?".

Wizualizacja informacji

Ilość informacji z jaką się spotykamy na co dzień jest ogromna. Wiąże się z tym oczywiście problem jej filtracji - określenia tego co dla nas jest naprawdę istotne - a następnie jak najlepsze jej wykorzystanie. Duża jej część dochodząca do naszych zmysłów jest niemal automatycznie analizowana przez mózg. Wystarczy chwila, aby ocenić jaka pogoda panuje za oknem, co sie dzieje na skrzyżowaniu kiedy chcemy skręcić w lewo, jakie ma usposobienie nowopoznana przez nas osoba. Z tym radzimy sobie całkiem nieźle.

A co w przypadku informacji cyfrowej, za pomocą której próbuje się opisać otaczającą nas rzeczywistość i zachodzące w niej procesy? Informacji generowanej przez różne maszyny i czujniki? Informacji będącej wynikiem złożonych operacji matematycznych i analiz? Ma ona postać przede wszystkim liczbową, która nie jest naturalna dla człowieka. Aby ułatwić jej zrozumienie stosuje się różne metody wizualizacji, pozwalające na ich interpretację w postaci graficznej. Ma to ogromne znaczenie nie tylko dla nauki (wizualizacja wyników obliczeń, pomiarów, danych statystycznych), ale również dla przemysłu (symulacje, projektowanie, sterowanie, automatyzacja), medycyny (diagnostyka obrazowa), architektury (wizualizacja projektu) i każdej innej dziedziny, w której liczby są opisywane za pomocą obrazu.

Ale jaką mamy pewność, że wizualizacja odniesie swój skutek, że będzie czytelna i jasna dla odbiorcy? Jak pokazać za jej pomocą istotę problemu, wskazać zależności między danymi i ich znaczenie?

Na pewno warto korzystać z dobrych wzorców. Na poniższych stronach zostały zaprezentowane różne metody wizualizacyjne, które pomagają ogarnąć szum informacyjny z jakim spotykamy się we współczesnym Internecie:

• Smashing Magazine - Data Visualization
• Max Kiesler - User Interaction Demo's

Można również samemu spróbować stworzyć własną wizualizację. Bardzo pomocne w tym celu może okazać się narzędzie Prefuse (przykłady).