Výzkumné týmy z Jižní Koreje a Spojených států představily průlomové technologie, které kombinují umělou inteligenci s fyzikálními principy. Jihokorejským vědcům se podařilo vyvinout metodu s využitím 3D tištěné čočky, díky níž lze ultrazvukem přesně zasáhnout více oblastí mozku najednou přes kosterní tkáň. Američtí odborníci zase vytvořili systém, který dokáže v reálném čase rekonstruovat obraz z rozptýleného světla. Oba přístupy mají společného jmenovatele: výrazně zjednodušují složité medicínské i technické postupy a nahrazují dosavadní drahé přístroje dostupnějšími komponenty.
- Jihokorejská technologie TOAH využívá AI k návrhu 3D čočky pro přesnou ultrazvukovou stimulaci více částí mozku přes lebku.
- Testy potvrdily snížení nežádoucího přehřívání lebky a u potkanů s neuropatickou bolestí prokazatelné zmírnění bolestivých reakcí.
- Americký systém DeepTimeGate více než zdvojnásobil odstup signálu od šumu při snímání skrz rozptylující prostředí v řádu tisícin sekundy.
- Oba výzkumy využívají fyzikální omezení přímo v algoritmech umělé inteligence, čímž eliminují potřebu nákladného hardwaru.
Ultrazvukové hologramy navržené algoritmem
Při dosavadní ultrazvukové stimulaci mozku naráželi lékaři na zásadní překážku v podobě tvrdé a nepravidelné lebky. Ultrazvukové vlny se při průchodu kostí lámou, což deformuje ohnisko paprsku a vedlo k nerovnoměrnému předávání energie do cílových tkání. K překonání tohoto problému byly dosud zapotřebí složité a nákladné vícekanálové systémy vybavené množstvím měničů.
Tým pod vedením profesora Jae Youn Hwanga z jihokorejského institutu DGIST ve spolupráci s profesory Euiheonem Chungem a Hyuk Sang Kwonem z GIST navrhl technologii označenou jako TOAH (AI-based thickness-optimized acoustic hologram).
Soustava využívá umělou inteligenci k přímému návrhu 3D profilu tloušťky tenké čočky vyrobené na 3D tiskárně, která v kombinaci s jediným ultrazvukovým měničem dokáže přesně směrovat vlny do požadovaných míst.
Fyzikálně orientovaná AI přesně řídí fázi a amplitudu ultrazvuku, čímž vytváří požadované trojrozměrné ohniskové vzorce. Experimenty na lebečních kostech potkanů i simulace lidské lebky ukázaly výrazně vyšší přesnost a rovnoměrnost zásahu než běžné metody. Systém navíc potlačil nežádoucí koncentraci energie v kosti, čímž omezil její přehřívání. Při stimulaci oboustranných thalamských oblastí u potkanů trpících neuropatickou bolestí došlo ke snížení nadměrné nervové aktivity a ke znatelnému zlepšení reakcí na bolest. Podle autorů studie publikačně doložené v časopise Brain Stimulation to otevírá cestu k neinvazivní terapii bez nutnosti chirurgického zákroku.
Fyzikální kontrola reality pro kamery v mlze i tkáních
Druhý výrazný posun, zveřejněný v časopise Light: Science & Applications, představili vědci z univerzity UCLA a University of Rochester. Zaměřili se na problém zobrazování v takzvaných komplexních médiích, jako jsou tělesné tkáně nebo hustá mlha, které silně rozptylují světlo. Tradiční metody zobrazování v těchto podmínkách vyžadují nákladné kamery pracující v blízké infračervené oblasti.
Před deseti lety vyvinutá technologie využívala speciální film ke konverzi rozptýlených infračervených fotonů do viditelného spektra, což umožňovalo použít levnější křemíkové čipy běžné například v chytrých telefonech. Metoda však trpěla tvorbou stínů na okrajích snímků (vinetací) a obrazovými artefakty.
Nový dvoustupňový systém nazvaný DeepTimeGate propojuje matematickou rekonstrukci obrazu s druhým algoritmem z dílny UCLA, který provádí bleskovou kontrolu výsledků podle základních fyzikálních zákonů.
V testech se zastřenými kalibračními vzory systém více než zdvojnásobil odstup signálu od šumu ve srovnání s předchozí generací a dokázal vytvořit čistý obraz během tisícin sekundy. Z praktického hlediska to znamená, že by podobné senzory mohly v budoucnu výrazně zlevnit a zpřesnit endoskopické zákroky či diagnostiku krevních vzorků bez nutnosti jejich ředění. Mimo medicínu se technologie nabízí pro autonomní vozidla, kterým umožní spolehlivou detekci překážek v hustém dešti, mlze nebo písečné bouři.
Myslíte si, že neinvazivní ultrazvukové metody časem zcela nahradí některé chirurgické zákroky na mozku? Podělte se o svůj názor v diskusi.
