صورة أشعة سينية بلا تشويش، كصورة فوتوغرافية بلا وهج سريع
جهاز الأشعة السينية المزود بشبكات يلتقط ليس صورة واحدة بل ثلاث صور في آن واحد: صورة عادية، وخريطة لانحناءات الشعاع غير المرئية بالعين، وصورة للبنى الدقيقة التي تشتت الضوء. معًا تساعد هذه الصور في رؤية، على سبيل المثال، انتفاخ الرئة أو تليف الرئتين. لكن هناك عقبة: لفصل هذه الطبقات الثلاث، نحتاج إلى تقنية رياضية ذكية. لعقود، استُخدمت نفس الطريقة: مطابقة البيانات مع منحنى جيبي، كما لو كنا نضع موجة بإيقاع صحيح على الصورة. المشكلة أن أي خدش على الشبكة أو إشارة ضعيفة يخل بهذا الإيقاع، فتظهر على الصورة خطوط تشبه تموجات الماء عند إلقاء حجر فيه.
أخذ مؤلفو العمل الجديد معادلة تصف كيف يغير الضوء اتجاهه قليلاً ويتشتت عند مروره عبر المادة — تقريبًا مثل شعاع مصباح يدوي في الضباب. هذه معادلة فوكر-بلانك، وهي قادرة على مراعاة الصدمات العشوائية التي يتلقاها كل فوتون. بدلاً من مطابقة منحنى جيبي، تنظر الخوارزمية إلى كيفية تغير السطوع بسلاسة من بكسل إلى بكسل، وتستنتج بنفسها أين الظل الحقيقي وأين الضوضاء الناتجة عن عيوب الشبكة. النتيجة تشبه مسح الصورة بقطعة قماش ناعمة تزيل الغبار دون لمس التفاصيل المهمة.
هذا ليس مجرد تحسين تجميلي. عندما يتم التقاط الأشعة السينية بسرعة — على سبيل المثال، لتجنب طلب حبس النفس لفترة طويلة من المريض — تضعف الإشارة، وقد تخفي الضوضاء عقيدة صغيرة. الخوارزمية القائمة على فوكر-بلانك تستخرج من هذه الضوضاء معلومات أكثر فائدة من المنحنى الجيبي المعتاد. إنها مثل مرمم خبير يعيد بناء اللوحة كاملة من بضع ضربات فرشاة سليمة، دون أن يضيف من عنده شيئًا.
معادلة فوكر-بلانك، التي شكلت أساس الطريقة، صُممت في الأصل لوصف الحركة البراونية — تلك القفزات العشوائية لحبوب اللقاح في الماء التي كان يراقبها تحت المجهر عالم النبات روبرت براون.
في القصص الخيالية العلمية عن ماسحات طبية مستقبلية، تتردد فكرة جهاز يرى الإنسان بوضوح تام دون أي تشويه — وهذه الخوارزمية تخطو خطوة في هذا الاتجاه.