CERN Renkli Röntgen Cihazı Geliştirdi

Dünyanın en büyük ve en güçlü parçacık hızlandırıcısına sahip olan CERN nükleer araştırma merkezi, üç boyutlu ve renkli röntgen cihazı geliştirdi. Artık insan vücudunu MR cihazı gibi kesit kesit taramak mümkün olacak. Yapay renklendirme ile vücudumuzun içini tüm detaylarıyla; kemik, doku ve organlarıyla görüntüleyebileceğiz. Peki 3B renkli röntgen cihazı nasıl çalışıyor?

Renkli röntgen

3B televizyonlar halk arasında pek tutmadı, ama 3B renkli röntgen cihazının sağlık sektöründe büyük talep göreceği kesin. Elbette doktorlar iki boyutlu, yassı ve siyah beyaz röntgen filmlerine bakarak bir kişinin kolunun kırılıp kırılmadığını anlıyor.

Ancak, kol kırıldığı zaman kas ve bağlar gibi yumuşak dokuların da hasar alıp almadığını öğrenmek hızlı teşhis koyarak çabuk iyileşmek için önemli. İşte Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nin yeni hedefi de bunu sağlayacak olan üç boyutlu ve renkli yeni röntgen cihazını geliştirmek.

İlgili yazı: Gerçek Adem: İlk insan ne zaman yaşadı?

 

Temel bilimler ve teknoloji ilişkisi

Bilgi Üniversitesi öğretim görevlisi olarak 2016 yılında Popular Science Türkiye dergisi için katıldığım etkinlikte, CERN Bilgi Transferi Ofisi Direktörü Prof. Dr. Giovanni Anelli ile bir söyleşi yapmıştım. Bu söyleşinin özeti şu şekildeydi:

Karl Marx’ın dediği gibi, ekonomik üretim biçimleri değişince yönetim ve yönetişim biçimleri değişiyor. Ekonomik üretim biçimleri ise sadece yeni teknolojiler geliştirerek değişiyor ve bunun için de temel bilimlere yatırım yapmak, fizik ile matematik gibi alanlara özel önem vermek gerekiyor.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

CERN ile ne ilgisi var?

Çok ilgisi var: CERN protonları ışık hızının yüzde 99’undan daha yüksek hızlarda kafa kafaya çarpıştırarak parçalıyor ve bu sırada ortaya çıkan bozunma ürünlerine bakarak yeni parçacıklar keşfediyor (maddeye kütle kazandıran Higgs enerji alanını üreten Higss parçacığı gibi).

Öte yandan Dünya’nın ilk dokunmatik ekranını, ilk mouse ünitesini ve interneti değil; ama internetteki tüm web sitelerinin omurgası olan Dünya Çapında Ağı (World Wide Web, www) hep CERN geliştirdi. İşte bu yüzden temel bilimlerde eğitime yatırım yapmak önemli.

CERN olmasaydı belki de bugün hâlâ tuşlu telefonlar kullanıyorduk. CERN Bilgi Transferi Direktörlüğü’nün görevi de bu: CERN araştırmacılarının geliştirdiği yeni teknolojileri özel sektöre aktararak bunların ucuz versiyonundan dünya uluslarının yararlanmasını sağlamak.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Son yenilik 3B röntgen cihazı

Kanser hastalarını tedavi etmek isteyen doktorlar siyah beyaz ve iki boyutlu röntgen filmlerine bakmak yerine, fMR cihazı kullanır gibi hastanın tümörlerini hem üç boyutlu hem de renkli olarak tarasa fena mı olurdu?

Özetle 3B renkli röntgen cihazı insan vücudunun iç dokularını olduğu gibi ve yüksek çözünürlüklü olarak gösteriyor. Böylece doktorların hastayı iyileştirmek için hızla ve doğru tanı koymasını sağlıyor. Nitekim Yeni Zelandalı bilim insanları, CERN’ün ücretsiz olarak transfer ettiği Medipix3 teknolojisinden yararlanarak dünyanın ilk ticari kullanıma uygun 3B renkli röntgen cihazını üretti.

Baba-oğul fizikçiler Phil ve Anthony Butler (Canterbury ile Otago Üniversitesi) 10 yıl boyunca sıkı çalışarak renkli röntgeni sektörde kullanılacak hale getirdiler.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Renkli 3B röntgen nasıl çalışıyor?

Medipix3 teknolojisinde özel bir kamera var ve bu kamera ışığı oluşturan atomları tek tek algılıyor. Bu kamera dijital görüntü alma ünitesine (CCD) gelen fotonları teker teker tespit ederek süper yüksek çözünürlüklü çekimler yapıyor. Süper net derken, renk kalitesi yüksek olan süper gerçekçi görsellerden söz ediyoruz.

Nitekim CERN, bu teknolojiyi kullanarak parçacık hızlandırıcısında yeni parçacıklar arıyor ve evrenin sırlarını çözmeye çalışıyor. İyi de röntgen cihazında kullanılan aşırı enerjik fotonlardan oluşan X-ışınları, renkleri oluşturan görünür ışık frekansında çalışmıyor ki! Bu durumda röntgen cihazları nasıl renkli oluyor?

Yapay renklendirme ile

Nasıl ki 60 yıl önce çekilmiş eski siyah-beyaz fotoğrafları yapay olarak renklendiriyoruz, Medipix3 teknolojisini kullanan bilgisayar çipleri de siyah-beyaz çekilen röntgen resimlerini sonradan renklendiriyor.

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Sanal gerçeklik değil

Aslında son birkaç yılda insan vücudunu deriden kemik iliğine kadar tüm katmanlarıyla en detaylı şekilde gösteren renkli ve interaktif simülasyonlar geliştirildi. Öyle ki AB ve ABD’deki tıp okullarında okuyan öğrenciler derslerine bu dijital modellerle, yani vücut avatarlarıyla çalışıyor.

Ancak, bugüne dek gerçek bir insan vücudunu tüm dokularıyla birlikte canlı, renkli ve 3B olarak görüntülemek mümkün olmamıştı. Renkli röntgen cihazı, MR sistemlerinden farklı olarak vücudumuzun içini doğal gerçekliğiyle gösteriyor.

Öyle ki baba-oğul fizikçiler MARS Bioimaging şirketi için danışmanlık yaparak sektör-üniversite işbirliğini geliştiriyor ve renkli röntgen cihazının hastanelerde kullanılacak ticari sürümünü hazırlıyor.

Profesör Phil Butler, bu teknolojiyi kullanılan makinelerin ayrıcalıklı bir yere sahip olduğunu söylüyor: “Küçük pikseller ve yüksek doğruluğa sahip enerji çözünürlüğü gibi gelişmiş teknik özellikler, bu görüntüleme aracının diğer cihazların çekemediği resimleri çekmesine izin veriyor.”

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Tamam da nasıl çalışıyor?

Yukarıda renkli röntgen cihazının renklendirme tekniğini anlattık. Peki üç boyutlu röntgen cihazı nasıl çalışıyor? Aslında bunun için analog ve dijital teknolojileri birleştiriyor. Zaten MARS şirketi de bu noktada devreye giriyor.

Medipix3 çiplerini kullanan kamera ve detektörlerin çektiği stereoskopik röntgen filmlerini (3B sinemadaki filmlere benzeyen nispeten basit bir teknoloji) güçlü yapay zeka algoritmaları kullanan akıllı yazılımlarla gerçek üç boyutlu animasyonlara dönüştürüyor. Kısacası bu sistem MR cihazının gerçeğe yakın doğal resimler üreten bir versiyonu olarak çalışıyor.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

 

Fotonik tarama

Klasik siyah-beyaz 2B röntgen cihazları, yüksek enerjili X-ışını fotonlarının kemik gibi dokulardan nasıl yansıdığına bakıyor. Zaten bu yüzden sadece siyah-beyaz 2B resimler üretiyor; ancak kemikler dışında kalan yumuşak dokuları pek görüntüleyemiyor.

Öte yandan, Medipix3 teknolojisini kullanan yeni cihaz; insan vücudunun içinden geçen X-ışını fotonlarının enerjisinin kas ve kemik gibi farklı dokular tarafından nasıl emildiğine tek tek, piksel piksel bakıyor. Böylece stereoskopik, yani derinlikli resimler üretiyor.

Yapay zeka yazılımları ise bunları insan vücudunu soğan kabuğu gibi katman katman soyarak ve gerçek zamanlı olarak gösteren 3B animasyonlara dönüştürüyor. Son aşamada yapay renklendirme teknolojisi de kemik ve kas gibi dokuları kendi renklerinde (kırmızı, beyaz) boyuyor.

Bu sayede vücuttaki yağ, su, kalsiyum gibi farklı dokuları ve patolojik dokuları tespit ederek kanser ile diğer hastalıkların ilerleyişini saptamak mümkün oluyor. Bu sistem aynı zamanda kanser tedavisinin nasıl işlediğini de günlük ve gerçek zamanlı olarak takip etmeye izin veriyor. Kısacası kanser hastalarının iyileşme olasılığını artırıyor.

İlgili yazı: Herkes Nerede? Uzaylılar ve Fermi Paradoksu

 

Önce hangi hastalıklar tedavi edilecek?

MARS şirketi, Medipix3 teknolojisini kullanan yeni renkli 3B röntgen cihazıyla önce kanser hastalıkları ile kemik ve eklem rahatsızlıklarına odaklanacak. Böylece hastaya özel kişiselleştirilmiş tedaviye imkan tanıyacak.

Peki İstanbul Atatürk Havalimanı’nda kullanılan terahertz vücut tarayıcılarının hamileler için riskli olan X-ışınlarını hiç kullanmadan bile, giysilerin altına saklanmış silahları görebildiğini biliyor musunuz? Mevcut uygulamada havalimanındaki metal detektörlerden geçerken öterseniz bu cihazlara alınıyorsunuz.

Terahertz vücut tarayıcılarını hemen şimdi okuyabilir, kuantum fiziğinde yeni parçacıklar keşfetmek üzere kullanılacak olan sistemlere ise CERN Parçacık Hızlandırıcısı 10 Kat Hızlı Çalışacak yazısında göz atabilirsiniz. Hepinize bol güneş ve denizli muhteşem bir hafta sonu dilerim.

Vücut içinden canlı yayın