Квантово-механічна аналогія допомогла з аналізом медичних зображень

Група науковців зі США використала ідеї квантової механіки для фільтрації шумів на медичних знімках, отриманих за допомогою ультразвуку та МРТ. 

Методи медичної візуалізації, зокрема ультразвук та МРТ, часто страждають від фонових перешкод, які можуть спричиняти розмиття та приховувати дрібні анатомічні деталі. Для лікарів, що покладаються на точність зображень, шум є серйозною проблемою, яка ускладнює постановку діагнозу.

Дослідники провели аналогію між вібрацією частинок і тим, як поширення інтенсивності пікселів у зображенні може створювати шум. Раніше жоден із підходів не застосовував повномасштабну математику квантової механіки безпосередньо для приглушення шуму.

Автор роботи Амірреза Гашемі пояснив: ключем стало не просто використання фізичної аналогії, а буквальне перенесення явища квантової локалізації на зображення з шумом.

У фізиці локалізація описує, коли вібрації частинок залишаються обмеженими в просторі, на відміну від дифузії, коли вони розповсюджуються. У візуалізації чітке зображення можна вважати локалізованим, тоді як шумові патерни — дифузними.

Дослідники застосували ті самі математичні принципи, що описують локалізацію коливань частинок, щоб визначати локалізацію інтенсивності пікселів. Алгоритм автоматично розділяє локалізовані (сигнал) та нелокалізовані (шум) компоненти зображення, використовуючи відмінності в їхній поведінці. При цьому усувається потреба вручну налаштовувати параметри, що, за словами Гашемі, є значним недоліком традиційних рішень.

Окрім медичної візуалізації, підхід має потенціал і для квантових обчислень, оскільки відповідає базовим обчислювальним принципам квантових систем та може дати перевагу у міру їх масштабування.

Нагадаємо, дослідники з Університету Джонса Гопкінса представили ШІ-модель, яка перевершила лікарів у виявленні ризиків раптової серцевої смерті (РСС).