Методы визуализации и их восприятие

Как различные формы и типы графиков влияют на то, как мы воспринимаем информацию? Кеннеди Эллиотт, графический редактор Washington Post, провела большое исследование о методах визуализации и их восприятии.

В течение нескольких лет Кеннеди Эллиотт размышляла на тему, что мы знаем о том, как люди воспринимают визуальную информацию. В своей статье, основанной на заметках с выступления на конференции OpenVis, Эллиотт делится известными ей исследованиями в этой области и их результатами.

Основные визуальные действия

Первым исследованием в области визуализации информации можно считать исследование Уильяма Кливленда и Роберта МакГилла, опубликованное в 1984 году. Исследование рассматривает так называемые «элементарные перцептивные задачи» – основные визуальные действия, которые мы совершаем, когда смотрим на график.

Согласно ранжированию самая простая перцептивная задача – это «позиционирование по общей шкале». Сравнение объектов в одной шкале, например, по оси, является для нас самым простым визуальным действием.

Опорные точки

Исследования показывают, что у нас есть определенные искажения в восприятии в зависимости от типа графика и объектов на нем.

Например, объект, который мы видим в контексте других, более больших объектов, кажется там больше. Когда же мы видим его рядом с маленькими объектами, он кажется нам меньше.

Еще одним интересным наблюдением является то, что когда с графиком идет текст, призывающий обратить внимание на его симметричность, зрителям такой график кажется симметричнее, даже если на самом деле он не является симметричным. Это говорит о том, что аннотации могут иметь большое значение при передаче информации.

Базовые формы

В своем исследовании Крокстон обнаружил, что столбики являются более эффективными для сравнения величин, чем круги, квадраты или кубы.

Мы более точно определяем разницу величин при сравнении столбиков, чем других фигур. Фото: Kennedy Elliott.

Столбчатые, круговые и линейные графики

Холланд и Спенс оценили эффективность разных типов графиков в зависимости от задачи. Оказалось, что линейные графики лучше показывают изменения, поскольку имеют «интегрированный» интерфейс: зритель воспринимает изменения за счет изменения наклона линии графика.

Использование круговых графиков для того, чтобы показать изменения, требует нескольких графиков, что усложняет восприятие.

Холланд и Спенс изучали, насколько точно зритель может определить изменения в зависимости от типа графика. Фото: Kennedy Elliott.

Круговые графики не оказались достаточно эффективным способом коммуникации изменений, но столбчатые графики оказались примерно такими же эффективными, как и линейные (поскольку, по мнению исследователей, зрители мысленно дорисовывают линии между столбцами).

Для определения пропорций лучшими оказались круговые графики.

3d

Исследования предполагают, что мы способны оценивать 3d-объекты более точно, чем обычно думаем.

Так, Зигрист обнаружил, что 2d столбчатые графики не воспринимаются нами более точно, чем 3d, но 3d-графики требуют немного больше времени для их восприятия. При этом в случае с круговыми графиками 2d работает лучше, поскольку перспектива усложняет восприятие частей круговой диаграммы.

Леви и соавторы полагают, что 3d-графики, несмотря на их привлекательность, не несут дополнительной информации, но заставляют зрителя воспринимать больше лишних деталей.

Леви и соавторы предлагали участникам выбрать из разных видов 2d и 3d-графиков. Фото: Kennedy Elliott.

Участникам исследования предлагали выбрать из 2d- и 3d-графиков. Когда участникам предлагали выбрать график для презентации другим людям, они были склонны выбирать 3d-графики. Они также выбирали 3d-графики, когда нужно было запомнить данные на графике.

При этом участники чаще выбирали столбчатые 2d-графики, когда от них требовалось передать определенные детали, и линейные графики, когда сообщение нужно было передать очень быстро.

Пиктограммы и рисунки

Эксперименты с использованием пиктограмм для репрезентации данных показали, что использование дискретных форм, круги это или пиктограммы, помогает людям запомнить данные лучше, чем простой столбчатый график.

Использование пиктограмм так, как показано на графиках справа, не приводит к снижению точности восприятия. Фото: Kennedy Elliott.

Также участники исследования были склонны больше изучать визуализации, использующие пиктограммы. При этом не следует использовать пиктограммы в качестве легенды графика – это приводит к большим ошибкам восприятия.

Интерактивные элементы

Согласно исследованиям задержка в полсекунды при восприятии интерактивной графики оказывает сильное влияние на вовлечение зрителей в визуализацию – они меньше двигают мышью и замедляют другие активности.

Такая задержка оказывает влияние и на последующие сессии – зрители склонны меньше вовлекаться в графики, которые они видят после.

Библиографию и полный текст статьи вы можете прочитать на Medium.

NIT for You | Методы визуализации информации

Визуализация информации – представление числовой и текстовой информации в виде графиков, диаграмм, структурных схем, таблиц, рисунков, карт и т.д. Визуальная информация лучше воспринимается и позволяет быстро и эффективно преподнести собственные мысли и идеи. Физиологически, визуальное восприятие информации является основной для человека. Многочисленные исследования ученых утверждают, что около 90% информации человек воспринимает через зрение.

Как только человек научился, представлять информацию графическим образом, можно сказать, что он научился фиксировать мысль в пространстве и времени. Рисунки, зарисовки, линии на плоскости, цвета и формы помогают понимать и запоминать информацию, классифицировать, делать выводы, придумывать новое, принимать решения, эмоционально настраиваться на изучение материала. Особую важность и значимость визуализация информации имеет в образовательной деятельности.

Можно утверждать, что наиболее высокое качество усвоения достигается при непосредственном сочетании слова преподавателя и предъявляемого учащимся изображения в процессе обучения.

Существует множество способов визуального представления информации.

В своей дипломной работе 2007 Периодическая таблица методов визуализации для управления Ralph Lengler & Martin J. Eppler систематизировал 100 методов визуализации. Работа направлена на то, чтобы осознанно и более точно подбирать метод визуализации под конкретную задачу, особенности текста, с которым будут работать учащиеся, планируемый результат и путь познания (дедуктивный или индуктивный). Метод визуализации рассматривается как: системное, основанное на правилах, динамическое и/или статическое графическое представление информации, способствующее “рождению” идей, помогающее разобраться в сложных понятиях, нацеленное на обобщение, анализ теории и опыта. Для полноценной работы с таблицей, перейдите в интерактивный режим (на каждую ячейку надо наводить курсор мыши и вы увидите пример визуализации)

В таблице выделены и отмечены цветом области применения (“групп”) методов визуализации:

 

№ периода	Название периода	Описание группы методов
1	Визуализация данных	Стандартные количественные форматы:  круговые диаграммы,  диаграммы с областями  линейные графики.  Позволяют визуально представить количественные данные в схематичной форме.Методы универсальные, в основном используются для группировки, сравнения и представления данных.
2	Визуализация информации	Например, семантические сети или tree maps (карта дерева). Применяется как использование интерактивных визуальных представлений данных для усиления познания.  Текст переводится в формат рисунка, схемы.
3	Визуализация  концепций	Это группы методов анализа проблем, концепций, идей, планов, направляемых шаблонами и правилами составления, визуализации. Например, концептуальные карты или диаграммы Ганта
4	Визуализация  стратегий	Такие методы как Canvas-стратегия или Технология дорожной карты применяются для систематического использования дополнительных визуальных представлений для повышения качества анализа, для разработки плана, организации взаимосвязи компонентов и субъектов и реализации плана в организациях.
5	Визуализация  метафор	За основу может быть взята схема метро или другой шаблон. Использование эффективных и простых шаблонов помогают рассмотреть и понять сложные идеи.
6	Комплексная визуализация	Объединяет несколько вышеуказанных приемов.  Это могут быть сложные карты знаний, которые содержат схематические и метафорические элементы, концептуальные мультфильмы, содержащие количественные графики, или интерактивный плакат, сочетающий в себе разные приемы визуализиции информации.

 

 

Дополнительно:

Систематизация методов визуализации — МК Развитие критического мышления средствами ИКТ

В своей дипломной работе 2007 Периодическая таблица методов визуализации для управления Ralph Lengler & Martin J. Eppler систематизировал 100 методов визуализации. Работа направлена на то, чтобы осознанно и более точно подбирать метод визуализации под конкретную задачу, особенности текста, с которым будут работать учащиеся, планируемый результат и путь познания (дедуктивный или индуктивный). Метод визуализации рассматривается как: системное, основанное на правилах, динамическое и/или статическое графическое представление информации, способствующее «рождению» идей, помогающее разобраться в сложных понятиях, нацеленное на обобщение, анализ теории и опыта. Периодическая таблица это интерактивный стол. При наведении курсора мыши на ячейку, «всплывают» примеры для данного метода визуализации. Таблица обеспечивает великолепную основу для понимания, описания и выбора из множества методов визуализации и стилей, доступных и целесообразных для решения конкретных учебных задач. На рисунке представлена периодическая таблица методов. Для полноценной работы с таблицей, перейдите в интерактивный режим (на каждую ячейку надо наводить курсор мыши и вы увидите пример визуализации) Периодическая таблица построена по двум направлениям: периоды и группы.   Периоды отражают сложность визуализации Группы — область применения. В колонке расположены аналогичные методы для близких целей. По мере продвижения вниз колонки представленные методы становятся все более и более сложными. Однако, в отличие от таблицы Периодической системы Менделеева, в одном периоде представлены методы, различающиеся по степени сложности. Это сделано для того, чтобы не было пустых мест в таблице. Например, график является более сложным, чем метод визуализации спектрограммы (они находятся в одном периоде на крайних полюсах). С другой стороны Тензор-схема более сложная, чем спектрограмма В таблице выделены и отмечены цветом области применения («групп») методов визуализации:   № периода Название периода Описание группы методов 1   Визуализация данных   Стандартные количественные форматы:  круговые диаграммы,  диаграммы с областями  линейные графики.  Позволяют визуально представить количественные данные в схематичной форме. Методы универсальные, в основном используются для группировки, сравнения и представления данных. 2     Визуализация информации   Например, семантические сети или tree maps (карта дерева).  Применяется как использование интерактивных визуальных представлений данных для усиления познания.  Текст переводится в формат рисунка, схемы. 3 Визуализация  концепций Это группы методов анализа проблем, концепций, идей, планов, направляемых шаблонами и правилами составления, визуализации. Например, концептуальные карты или диаграммы Ганта  4 Визуализация  метафор   За основу может быть взята схема метро или другой шаблон.  Использование эффективных и простых шаблонов помогают рассмотреть и понять сложные идеи.  5 Визуализация  стратегий   Такие методы как Canvas-стратегия или Технология дорожной карты применяются для систематического использования дополнительных визуальных представлений для повышения качества анализа, для разработки плана, организации взаимосвязи компонентов и субъектов и реализации плана в организациях. 6 Комплексная визуализация Объединяет несколько вышеуказанных приемов.  Это могут быть сложные карты знаний, которые содержат схематические и метафорические элементы, концептуальные мультфильмы, содержащие количественные графики, или интерактивный плакат, сочетающий в себе разные приемы визуализиции информации.   Дополнительные условные обозначения: 1. Задачи и взаимодействие:  в зависимости от задач визуализации выделены некоторые аспекты данных. Обзор [☼], — методы, обеспечивающие подробное представление. Подробности и обзор [۞], эти методы в основном придерживаются 8 золотых правил Шнейдермана о проектировании пользовательского интерфейса: представление важных данных, идей, с возможностью разворачивания,  масштабирования информации и получать подробности по запросу, используя фильтр, специальные значки. Подробности [¤], эти методы хороши в предоставлении (дополнительные) идеи из одного бита данных. 2. Когнитивные процессы: методы визуализации, помогающие сформулировать неявные знания (как в визуальной метафоры) и стимулировать новое мышление (например, с mindmap — картах знаний). Конвергентное мышление [> <]  — режим критического мышления, в которой человек пытается уменьшить сложность через анализ и синтез. (Конвергенция (от лат. convergo — «сближаю») — процесс сближения, схождения (в разном смысле), компромиссов) Дивергентное мышление [<>] это способ мышления, при котором человек создает много уникальных, творческих ответов на вопрос или проблему. (Дивергенция (от лат. divergere — обнаруживать расхождение) — расхождение признаков и свойств, дифференцирование) 3. Представление информации: представление данных в виде структуры или процесса Структура [черный цвет шрифта] — иерархии или сети Процесс [синий цвет шрифта] — ступенчатые, циклические во времени и / или непрерывные, последовательные. Автор таблицы делает вывод: В таблице мы не ставим задачу показать принцип организации методов визуализации, но хотим подчеркнуть тот факт, что для решения одной конкретной проблемы, учебной задачи невозможно подобрать только один подходящий метод визуализации. Скорее, необходимо применять комбинацию различных методов для повышения качества планируемых результатов. Таблицу методов визуализации нельзя рассматривать как адаптацию периодической системы химических элементов Д.Менделеева. Так как в основу классификации положены разные принципы. Это, скорее функциональная, метафорическая применение образа и навыков работы с периодической системой. Предложенные критерии могут быть дополнены новыми. Однако, предложенная таблица позволяет представить более 100 методов визуализации, систематизируя их в группы-периоды, что поможет в подборе метода для решения поставленной задачи.  Методы визуализации из Периодической таблицы (название методов — технический перевод) источник   Сводная таблица интернет-сервисов – ИКТ-инструментов педагогической и учебной деятельности  Интернет-сервис Описание Пример использования   Инструменты визуализации мышления   Ментальные карты Mindmeister   Ментальные карты – это удобная и эффективная техника визуализации мышления. Ее можно применять для создания новых идей, фиксации идей, анализа и упорядочивания информации, принятия решений и много чего еще. Это не очень традиционный, но очень естественный способ организации мышления, имеющий несколько неоспоримых преимуществ перед обычными способами записи. Можно использовать для организации мозгового штурма и др. Как работать в сервисе автор М. Смирнова Межпредметные связи в проекте «Окружающий мир – мир сложных систем» Ментальные карты Mind42   Основные особенности: ●    Одновременно работать над картой могут несколько человек (их нужно пригласить, сообщив адрес почты). ●    Возможно импортировать карты из других расширений: Mind42.com (*.m42), Freemind (*.mm), MindManager (*.mmap; *.xml). ●    Интегрирован поиск по картинкам Google, Yahoo, Flickr, он доступен, если нажать на иконку для добавления картинки. ●    Имеются картинки (пиктограммы) для эмоционального окраса информации  Как работать в сервисе Оценивание в проекте «Окружающий мир – мир сложных систем» Источники загрязнения в атмосфере Визуальный словарик   В словаре для каждого слова строится его понятийное окружение, позволяющее как с первого взгляда понять смысл этого слова через определяющие термины, так и быстро перейти на определяющее слово, смысл которого требуется узнать. Перемещаясь по семантическому окружению слова с помощью визуального интерфейса, можно быстро ознакомиться с требуемой предметной областью. Пример визуального словаря «Кибернетика» Создание схем, кластеров Bubbl.us cacoo.com   Среди появившихся в сети в последнее время сервисов построения карт знаний наиболее простым и дружелюбным можно считать сервис Bubbl.us. Он особенно хорош для создания различных схем, кластеров. Как работать в bubbl.us автор К. Круподерова (автор использовала обучающую презентацию Смирновой М.А. для старой версии Bubbl.us) Схема “Мышление высокого уровня” Истоки и история модели 1 : 1  Индуктивная башня автор Юткина Наталья Сетевые проекты Индуктивная башня, автор  Акиндина Анна  Индуктивная башня, автор  Качева Елена  Индуктивная башня, автор  Зарцева Татьяна  Индуктивная башня, автор Киселева Мария Игровые технологии в образовании Индуктивная башня, автор Боголепова Светлана Индуктивная башня, автор Королева Ольга Индуктивная башня, автор Смирнова Татьяна Индуктивная башня, автор Лесина Ольга Индуктивная башня, автор Филоненко Светлана  Учитель в дистанционном формате Индуктивная башня, автор  Потей Светлана  Индуктивная башня, автор  Чуклинова Тамара  Индуктивная башня, автор  Каткова Екатерина  Индуктивная башня, автор  Перфильева Ирина  Индуктивная башня, автор  Резник Анна  Индуктивная башня, автор  Белоусова Наталья  Индуктивная башня. автор Штепа Светлана Викторовна Ленты времени ● Dipity ● ClassTools ● Timerime С помощью этих сервисов можно создать «ленту времени»— интерактивную хронологическую шкалу, наполнив ее собственными фотографиями, текстами, иллюстрациями, связав с другими социальными сервисами посредством гиперссылок. Как работать с сервисом Dipity, автор В. Власенко Лента времени на тему «Русско-турецкая война» График оценивания в проекте По истории модели 1 : 1 Лента времени, автор Ганиева Алсу   Лента времени, автор  Кравцова Лилия  Лента времени, автор Зубовская Любовь Лента времени, автор Мурашко Вера Схема «Рыбий скелет» (диаграмма Исикавы)   Это графическое изображение, помогающее идентифицировать и наглядно представить причины конкретных событий, явлений, проблем или результатов. Изучаемая проблема на диаграмме – это «голова рыбьей кости». «Хребет» на диаграмме условно изображается в виде прямой горизонтальной стрелки. Причины и факторы, прямо и косвенно влияющие на проблему, изображаются наклонными стрелками – это «кости». Подробнее о методе автор М.Б. Лебедева Как работать с сервисом Fishbone Diagram автор К. Круподерова  Схема “Системный анализ” Игровые технологии в образовании  Рыбий скелет, автор Потапенко Александра Диаграмма Венна   Диаграмма Венна – схематичное изображение всех возможных пересечений нескольких (часто трёх) множеств. Игровые технологии в образовании  Диаграмма Венна, автор Бектурганова Екатерина Диаграмма для представления целей   Графическая схема, показывающая разбивку общих целей (плана, программы, проекта) на подцели, последних на подцели следующего уровня и т.д. Представление целей начинается из центрального круга, дальше они последовательно разукрупняются. Причем основным правилом разукрупнения целей является полнота: каждая цель центрального груга должна быть представлена в виде подцелей круга следующего уровня исчерпывающим образом, т.е. так, чтобы объединение понятий подцелей полностью определяло понятие исходной цели.   Визуальное ранжирование   Графический инструмент, помогающий учащимся составлять списки, элементы которых выстроены и упорядочены в порядке убывания или возрастания значимости с последующей возможностью их сравнения. Самооценка успешности работы в группе Видение причины Графический инструмент является полезным инструментом визуализации для исследования проблем, которые включают в себя многочисленные воздействия (факторы), влияющие, в свою очередь на конечный результат. Ситуация должна иметь достаточную степень сложности, т.е. достаточный уровень взаимодействия между факторами. Первоначальные размышления учащихся, поддерживаемые инструментом, развиваются в дальнейшие планы действий, решений или заключение для ответа на более крупные вопросы. Задание на системный анализ проблем Игровые технологии в образовании  SWOT-анализ, автор Белоногина Галина Сервис для создания схем, чертежей, диаграмм Gliffy   С помощью сервиса Gliffy можно проводить SWOT-анализ, создавать блок-схемы, поэтажные планы, чертежи, диаграммы Венна и многое другое. Есть возможность создать новый документ с чистого листа, из Gliffy шаблона, при использовании своего собственного файла в качестве шаблона.  Можно экспортировать Gliffy документы в SVG (Visio), Gliffy XML, JPG и PNG формат и сохранять их для офф-лайн доступа.  Основные возможности и преимущества пользователей сервиса: Простота в использовании. Просто перетащите фигуры из обширной библиотеки сервиса и покажите точку вставки фигуры. Обширная библиотека форм. Выбирайте из сотен фигур в библиотеке сервиса или импортируйте ваши собственные формы. Быстрая публикация. На сервисе можно получить ссылку на вашу работу. Вы можете легко вставлять изображения в ваш вики, блоги и легко использовать с офисными приложениями. Сотрудничество с коллегами. Сообщите Email Ваших друзей и Gliffy автоматически сообщит им, что Вы пригласили их к сотрудничеству. Они получат ссылку и временный пароль для бесплатного аккаунта. Защита и Исправления. Контроль версий Gliffy- функция автоматического сохранения копий каждый раз, когда документ сохраняется. Вы сможете отслеживать изменения или быстро вернуться к   предыдущей версии. Как работать в Gliffy.com График оценивания в проекте Облако слов   Интерактивные плакаты Cервис для генерации «облака слов» из текста. Облако выделяет слова, которые чаще встречаются в исходном тексте. Можно настроить различные шрифты, макеты и цветовые схемы вашего облака. Облако можно сохранить в Wordle альбом и добавить ссылку на свой сайт, блог или сохранить картинку на жесткий диск компьютера. Необходимо установить Java для Windows (FREE). Регистрация не требуется. Плакат — это наглядное изображение, которое может быть использовано в самых различных целях: реклама, агитация, обучение и т.п. (более подробно об учебных плакатах можно почитать здесь). Важно то, что плакат по своей сути – это средство предоставления информации, то есть основная его функция – демонстрация материала. Под интерактивностью понимается способность информационно-коммуникационной системы, активно и разнообразно реагировать на действия пользователя (более подробно здесь). Таким образом, интерактивный плакат – это средство предоставления информации, способное активно и разнообразно реагировать на действия пользователя. Что из этого следует? Как минимум то, что интерактивный плакат не может представлять собой статичную иллюстрацию, либо набор мультимедиа компонентов – он должен обеспечивать взаимодействие контента (содержания плаката) с пользователем.  Интерактивность обеспечивается за счет использования различных интерактивных элементов: ссылок, кнопок перехода, областей текстового или цифрового ввода и т.д.  Для чего он нужен? В интерактивных плакатах информация предъявляется не сразу, она «разворачивается» в зависимости от управляющих воздействий пользователя. К интерактивным плакатам  можно отнести таблицы, рисунки, правила, схемы и т.п. Интерактивные плакаты как средство мультимедийных технологий может эффективно применяться в полном спектре учебных предметов. В процессе обучения  интерактивный плакат позволяет достичь двух очень важных результатов: за счет использования интерактивных элементов вовлечь обучаемого в процесс получения знаний; за счет использования различных мультимедиа и 3D объектов добиться максимальной наглядности информации. Как работать в сервисе glogster  Облако слов из текста Интерактивный плакат для урока английского автор Лобанова С., авторское пояснение и технологическая карта урока    Интерактивные карты   Карты гугл   Карты справка     Веб-сервис, позволяющий с помощью обычного браузера искать и просматривать карты земной поверхности. При этом предлагается выбрать одну из трех возможных картографических основ (карта, спутник, ландшафт). При добавлении на карту метки программа предлагает дать название метки и описать точку, к которой это место относится. Google Maps позволяет организовать совместную работу нескольких удаленных друг от друга авторов над одной картой. Добавление соавторов к карте происходит точно так же как добавление соавторов к редактируемому документу Google. Google Maps позволяет опубликовать карту. Каждая карта получает свой уникальный Интернет-адрес и может быть встроена в Интернет страницу, как геовиджет — изображение карты, в поле которого можно изменять масштаб и передвигаться. С помощью этого сервиса можно делиться своими путешествиями со всем миром, планировать путешествия, измерять расстояния. Эффективно использование сервиса в проектной деятельности.  Пример использования карты в учебном проекте       Документы для совместной работы в сети   Google-документы   С документами Google можно делать следующее: ●    Загружать документы Word, OpenOffice, RTF, PDF, HTML или текстовые файлы (или создавать новые документы). ●    Использовать простой редактор WYSIWYG для форматирования документов, проверки правописания и т.д. ●    Предложить другим пользователям (по электронной почте) редактирование или просмотр ваших документов и таблиц. ●    Редактировать документы вместе с другими людьми. ●    Просматривать историю версий документов и таблиц и переходить к любой версии. ●    Публиковать документы в Интернете для всех пользователей в виде веб-страниц или размещать документы в блоге. ●    Загружать документы на компьютер в формате Word, OpenOffice, RTF, PDF, HTML или ZIP. ●    Отправлять документы по электронной почте в качестве приложений. Как организовать работу в документах Пример применения на практической работе по химии и описание опыта  учителя Н. Щербатых Google-таблицы   С таблицами можно делать следующее:  ●    Импортировать и экспортировать данные в формате XLS, CSV, TXT и ODS (и экспортировать в формате PDF и HTML).  ●    Использовать интуитивно понятную навигацию и редактирование, как в любом обычном документе или таблице.  ●    Использовать форматирование и редактор формул в таблицах, чтобы подсчитывать результаты и настраивать вид данных.  ●    Беседовать в режиме реального времени с другими пользователями, редактирующими вашу таблицу.  ●    Вставлять таблицу или часть таблицы в свой блог или на веб-сайт.  Как работать с таблицами  «Классная доска» применения сетевых сервисов (создана на мастер-классе «Мелом расчерчен Веб 2 на квадратики)  Перекрестное критериальное оценивание в проекте создано под руководством О. Брыксиной Google-формы   В Google имеется возможность сетевого сбора информации от множества участников в таблицах. Участникам предлагается заполнить формы (анкеты, опросы). Их ответы автоматически добавляются в электронную таблицу. Как работать и с гугл-формами Google-формы (анкеты): когда, о чем и зачем спрашиваем? автор Ольга Брыксина Представление результата опроса. Форма Коллективное эссе Google-презентации С презентациями можно делать следующее: ●    Импортировать существующие презентации в формате PPT и PPS. ●    Экспортировать презентации с помощью функции Сохранить как Zip в меню Файл. ●    Редактировать презентации с помощью простого редактора WYSIWYG.  ●    Вставлять изображения и форматировать слайды. ●    Редактировать презентации вместе с друзьями, предоставив им доступ. ●    Разрешить просмотр презентаций в Интернете в режиме реального времени из различных удаленных мест. ●    Публиковать презентации на веб-сайте, предоставляя тем самым доступ к ним широкой аудитории. Как работать с презентациями   Google-рисунки   Можно создавать блок-схемы и графики, а также другие типы рисунков. Редактировать изображения вместе с друзьями, предоставив им доступ Как работать с рисунками индивидуально и в группе   Google-сайты   Сервис Google-sites позволяет пользователю или группе пользователей конструировать коллективные мультимедийные продукты. Эта технология позволяет участникам просто и естественно связывать страницы коллективного сайта и добавлять к этим страницам мультимедийные элементы. Можно пригласить к работе над групповым сайтом других участников, если указать в настройках сайта приглашение других участников. Совместная работа над сайтом реализуется так же как и совместная деятельность в других приложениях Google – совместная работа над документами или картами. Можно совместно создавать сайты разной тематики, интегрируя в них разнообразные объекты: документы, таблицы, рисунки, презентации, видео и др.   Блоги Используются для обмена информацией и мнениями читателей, а также для получения откликов и проведения обсуждений. Ведутся в форме журнала и регулярно обновляются путем размещения новой информации.   Источники:

Периодическая таблица методов визуализации — Блог о визуальной грамотности

Знаменитая интерактивная инфографика, в которой классифицированы многочисленные методы и способы визуализации данных. Инфографика на английском языке, для чтения элементов нужно навести на них курсор (пройдя по ссылке).

Классификация основана на различных критериях.

Основной критерий — методы визуализации — 6 групп:

• Визуализация данных — репрезентация количественных данных в схематической форме с использованием или без использования осей).
• Визуализация информации — использование интерактивного визуального представления данных для активизации понимания данных. Это означает, что данные трансформируются в образ, заполняющий компьютерный экран. Изображение может изменяться пользователем при необходимости.
• Визуализация концепций — методы для разработки (в основном) качественных концепций, идей, планов и анализов.
• Визуализация стратегий — использование визуализации, дополняющей анализ, разработку, оформление, связи и внедрение стратегий в организациях.
• Визуальные метафоры — графическое представление информации с целью её структурирования и организации. Метафоры помогают понять информацию с помощью изображения её ключевых характеристик.
• Комплексная визуализация — использование разных видов визуализации одновременно.

Два вида визуализации: процесса (движение, изменение) и структуры (отражение существующего состояния).

Способы «смотрения» на визуализируемую проблему:

• общий вид (вид на информацию в целом, позволяющий с первого взгляда понять «глобально» её сущность),
• детализация (вид, подчеркивающий определенные, значимые характеристики, отдельные аспекты),
• общий и детальный (макро уровень и отдельные части).

Способы мышления, которые активизируются тем или иным методом визуализации:

• Конвергентное мышление — линейный, предполагает следование алгоритму к одному конкретному решению задачи.
• Дивергентное мышление — нелинейный, предполагает поиск множества решений и выход за пределы стереотипов.

Поделиться ссылкой:

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

Зачем и как использовать визуализацию данных?

Данная статья написана представителем компании DevExpress и опубликована в блоге на ХабраХабре.

Медицинские исследователи установили, что если в инструкции к лекарству находится только текст, человек усваивает из нее лишь 70% информации. Если же в инструкцию добавить картинки, человек усвоит уже 95%.

В нашей компании уже много лет занимаются разработкой и поддержкой инструментов для визуализации данных, охватывая большой диапазон платформ и технологий. И в этом есть смысл, ведь визуализационные инструменты всегда были и остаются востребованными на рынке разработки. И мы знаем, в чем причина такой популярности.

Что такое визуализация данных?

Прежде всего, нужно знать, что же такое визуализация данных и какие ее методы используются, в том числе и в повседневной жизни.

Самые простые, а потому и самые распространенные методы визуализации — это графики.

Визуализация данных — это наглядное представление массивов различной информации. Существует несколько типов визуализации:

• Обычное визуальное представление количественной информации в схематической форме. К этой группе можно отнести всем известные круговые и линейные диаграммы, гистограммы и спектрограммы, таблицы и различные точечные графики.
• Данные при визуализации могут быть преобразованы в форму, усиливающую восприятие и анализ этой информации. Например, карта и полярный график, временная линия и график с параллельными осями, диаграмма Эйлера.
• Концептуальная визуализация позволяет разрабатывать сложные концепции, идеи и планы с помощью концептуальных карт, диаграмм Ганта, графов с минимальным путем и других подобных видов диаграмм.
• Стратегическая визуализация переводит в визуальную форму различные данные об аспектах работы организаций. Это всевозможные диаграммы производительности, жизненного цикла и графики структур организаций.
• Графически организовать структурную информацию с помощью пирамид, деревьев и карт данных поможет метафорическая визуализация, ярким примером которой является карта метро.
• Комбинированная визуализация позволяет объединить несколько сложных графиков в одну схему, как в карте с прогнозом погоды.

Зачем использовать визуализацию данных?

Визуальная информация лучше воспринимается и позволяет быстро и эффективно донести до зрителя собственные мысли и идеи. Физиологически, восприятие визуальной информации является основной для человека. Есть многочисленные исследования, подтверждающие, что:

• 90% информации человек воспринимает через зрение
• 70% сенсорных рецепторов находятся в глазах
• около половины нейронов головного мозга человека задействованы в обработке визуальной информации
• на 19% меньше при работе с визуальными данными используется когнитивная функция мозга, отвечающая за обработку и анализ информации
• на 17% выше производительность человека, работающего с визуальной информацией
• на 4,5% лучше воспоминаются подробные детали визуальной информации

Если попросить читателя вспомнить названия материков, в голове возникнет именно эта картинка в 60000 раз быстрее воспринимается визуальная информация по сравнению с текстовой

На графике читатель быстрее найдет минимальное и максимальное значения.

• 10% человек запоминает из услышанного, 20% — из прочитанного, и 80% — из увиденного и сделанного
• на 323% лучше человек выполняет инструкцию, если она содержит иллюстрации

Инструкцию снизу намного легче и быстрее понять и выполнить.

Подробнее о фактах и исследованиях можно посмотреть в интересной инфографике здесь.

Очевидно, что человек предрасположен обрабатывать именно визуальную информацию. Помимо прекрасной обработки нашим мозгом, визуализация данных имеет несколько преимуществ:

• Акцентирование внимания на разных аспектах данных

С помощью графиков можно легко обратить внимание читателя на красные показатели.

• Анализ большого набора данных со сложной структурой
• Уменьшение информационной перегрузки человека и удерживание его внимания
• Однозначность и ясность выводимых данных
• Выделение взаимосвязей и отношений, содержащихся в информации

На графике легко можно заметить важные данные.

Эстетическая привлекательность

Эстетически привлекательные графики делают подачу данных эффектной и запоминающейся.

Эдвард Тафти, автор одних из лучших книг по визуализации, описывает ее как инструмент для показа данных; побуждения зрителя задуматься о сути, а не методологии; избежания искажения того, что должны сказать данные; отображения многих чисел на небольшом пространстве; показа большого набора данных связным и единым целым; побуждения зрителя сравнивать фрагменты данных; служения достаточно четким целям: описанию, исследованию, упорядочиванию или украшению («The Visual Display of Quantitative Information», Edward Tufte).

Как правильно использовать визуализацию данных?

Успех визуализации напрямую зависит от правильности ее применения, а именно от выбора типа графика, его верного использования и оформления.

60% успеха визуализации зависит от выбора типа графика, 30% — от его правильного использования и 10% — от его верного оформления.

Правильный тип графика

График позволяет выразить идею, которую несут данные, наиболее полно и точно, поэтому очень важно выбрать подходящий тип диаграммы. Выбор можно осуществить по алгоритму:

Цели визуализации — это реализация основной идеи информации, это то, ради чего нужно показать выбранные данные, какого эффекта нужно добиться — выявления отношений в информации, показа распределения данных, композиции или сравнения данных.

В первом ряду показаны графики с целями показа отношений на данных и распределения данных, а во втором ряду целями являются показ композиции и сравнения данных.

Отношения в данных — это то, как они зависят друг от друга, связь между ними. С помощью отношений можно выявить наличие или отсутствие зависимостей между переменными. Если основная идея информации содержит фразы «относится к», «снижается/повышается при», то нужно стремиться показать именно отношения в данных.
Распределение данных — то, как они располагаются относительно чего-либо, сколько объектов попадает в определенные последовательные области числовых значений. Основная идея при этом будет содержать фразы «в диапазоне от x до y», «концентрация», «частотность», «распределение».

Композиция данных — объединение данных с целью анализа общей картины в целом, сравнения компонентов, составляющих процент от некоего целого. Ключевыми фразами для композиции являются «составило x%», «доля», «процент от целого».

Сравнение данных — объединение данных, с целью сравнения некоторых показателей, выявление того, как объекты соотносятся друг с другом. Также это сравнение компонентов, изменяющихся с течением времени. Ключевые фразы для идеи при сравнении — «больше/меньше чем», «равно», «изменяется», «повышается/понижается».

После определения цели визуализации требуется определить тип данных. Они могут по своему типу и структуре быть очень разнородными, но в самом простом случае выделяют непрерывные числовые и временные данные, дискретные данные, географические и логические данные. Непрерывные числовые данные содержат в себе информацию зависимости одной числовой величины от другой, например графики функций, такой как y=2x. Непрерывные временные содержат в себе данные о событиях, происходящих на каком-либо промежутке времени, как график температуры, измеряемой каждый день. Дискретные данные могут содержать в себе зависимости категорийных величин, например график количества продаж товаров в разных магазинах. Географические данные содержат в себе различную информацию, связанную с местоположением, геологией и другими географическими показателями, яркий пример — это обычная географическая карта. Логические данные показывают логическое расположение компонентов относительно друг друга, например генеалогическое древо семьи.

Графики непрерывных числовых и временных данных, дискретных данных, географических и логических данных.

В зависимости от цели и данных можно выбрать наиболее подходящий им график. Лучше всего избегать разнообразия ради разнообразия и выбирать по принципу «чем проще, тем лучше». Только для специфичных данных использовать специфичные типы диаграмм, в остальных же случаях хорошо подойдут самые распространенные графики:

• линейный (line)
• с областями (area)
• колонки и гистограммы (bar)
• круговая диаграмма (pie, doughnut)
• полярный график (radar)
• точечный график (scatter, bubble)
• карты (map)
• деревья (tree, mental map, tree map)
• временные диаграммы (time line, gantt, waterfall).

Линейные диаграммы, графики с областями и гистограммы могут содержать в одном аргументе для одной категории несколько значений, которые могут быть как абсолютными (тогда к таким видам графикам прибавляется приставка stacked), так и относительными (full stacked).

График со stacked значениями и с full stacked

При выборе подходящего графика можно руководствоваться следующей таблицей, составленной на основе этой диаграммы и книги «Говори на языке диаграмм» Джина Желязны:

Правильное использование графика

Важно не только верно выбрать тип графика, но и правильно его использовать:

• Не нужно нагружать график большим количеством информации. Оптимальное количество разных типов данных, категорий — это не более 4-5, иначе же целесообразнее разделить такую диаграмму на несколько штук.

Такой график можно сравнить со спагетти и лучше разделить на несколько диаграмм.

Верно выбрать шкалу и ее масштаб для графика. Для гистограмм и графиков с областями предпочтительнее начинать шкалу значений с нуля. Постараться не использовать инвертированные шкалы — это очень часто вводит зрителя в заблуждение относительно данных.

Неверная шкала отрицательно влияет на восприятие данных. В первом случае некорректно выбран масштаб, во втором шкала инвертирована.

• Для круговых диаграмм и графиков, где показан процент от общей доли, сумма значений всегда должна составлять 100%.
• Для лучшего восприятия данных информацию на оси лучше упорядочить — либо по значениям, либо по алфавиту, либо по логическому смыслу.

Правильное оформление графика

Ничто так не радует глаз, как правильно оформленные графики, и ничто так не портит диаграммы, как наличие графического «мусора». Основные принципы оформления:

• использовать палитры похожих, не ярких цветов, и постараться ограничиться набором из шести штук
• вспомогательные и второстепенные линии должны быть простыми и не бросающимися в глаза

Вспомогательные линии на графике не должны отвлекать внимание от основной идеи данных.

• там, где возможно, использовать только горизонтальные надписи на осях;
• для графиков с областями предпочтительнее использовать цвет с прозрачностью;
• для каждой категории на графике использовать свой цвет.

Выводы

Визуализация — мощный инструмент донесения мыслей и идей до конечного потребителя, помощник для восприятия и анализа данных. Но как и все инструменты, ее нужно применять в свое время и в своем месте. В противном случае информация может восприниматься медленно, а то и некорректно.

На графиках изображены одни и те же данные, слева показаны основные ошибки визуализации, а справа они исправлены.

При умелом применении визуализация данных позволяет сделать материал впечатляющим, нескучным и запоминающимся.

P.S. Графики для статьи были сделаны с помощью DevExtreme.

Источник: Хабр

Методы визуализации и анализа ИС с помощью электронного пучка

FlexProber Thermo Fisher Scientific — зондовая установка на базе СЭМ

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ, англ. SEM — Scanning Electron Microscope) является стандартным инструментом анализа дефектов интегральных схем (ИС, англ. IC — Integral Circuit). Обладая хорошей глубиной резкости, улучшенными возможностями по отображению рельефа поверхности, значительным рабочим расстоянием и чрезвычайно большим диапазоном увеличений по сравнению со световой микроскопией, СЭМ обеспечивает еще и уникальные методы визуализации и анализа ИС под воздействием электронного пучка.

Методы СЭМ, использующие инжекцию заряда для анализа ИС:

• EBIC (Electron Beam Induced Current) — метод регистрации тока, индуцированного электронным пучком;
• RCI (Resistive Contrast Imaging) — визуализация резистивного контраста;
• CIVA, LECIVA (Charge-Induced Voltage Alteration) — метод регистрации заряда, индуцированного изменением напряжения (как высокой так и низкой энергии).

Визуализация тока, индуцированного электронным пучком (EBIC)

EBIC предназначен для локализации уровня Ферми в исследуемых областях. Метод позволяет оценить характеристики полупроводниковых материалов и преимущественно используется для идентификации скрытых утечек и дефектов в кремнии (Si). Пример визуализации EBIC показан на рисунке 1 (диффузии видны по всей ИС).

Рисунок 1 — Пример изображения EBIC всего кристалла

Визуализация резистивного контраста (RCI)

Метод RCI позволяет сформировать карту относительных сопротивлений между двумя тестовыми узлами запассивированной ИС. Сформированная карта будет отображать скрытые проводники ИС и может использоваться для локализации дефектов проводников микросхемы.

Рисунок 2 — а) Пример визуализации RCI локализации разорванного проводника; б) BSE-изображение той же самой области, демонстрирующее образование повреждений (микротрещин) в металлизации

Визуализация изменений напряжения, вызванных зарядом (CIVA)

Метод визуализации изменений напряжения, вызванных зарядом (Charge-Induced Voltage Alteration, CIVA) был разработан для обнаружения разрывов металлических дорожек КМОП ИС, с пассивацией или без нее. CIVA позволяет визуализировать разрывы межсоединений ИС в виде изображения. Также CIVA может быть успешно использован при тестировании аналоговых биполярных ИС.

Рисунок 3 — Изображение CIVA, сохраненное при малом увеличении (а), совмещенное с изображением образца во вторичных электронах (б), и изображения CIVA / SE с более высокими увеличениями, позволяющими локализовать дефект (в, г)

Изменения напряжения, вызванные зарядом, при низких энергиях первичного пучка (LECIVA)

Использование метода CIVA при низких энергиях первичного электронного пучка (<1,0 кэВ) позволяет идентифицировать дефекты металлических проводников типа разрыв под слоем пассивации аналогично традиционному методу CIVA. Основное различие CIVA с низкой энергией пучка (Low Energy Charge-Induced Voltage Alteration, LECIVA) от традиционного метода состоит в том, что первый из них оказывает гораздо более бережное воздействие на тестируемую ИС. Кроме того, LECIVA может быть реализована на базе электронно-лучевых систем, которые функционируют только при низких энергиях первичного электронного пучка. В первую очередь следует применять низкоэнергетическую CIVA из-за практически полного отсутствия разрушающего воздействия на образец.

Изображения поврежденных проводников, полученные методом LECIVA при энергии электронного пучка 300 эВ, показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 — Изображение LECIVA, полученное при энергии электронного пучка 300 эВ, на котором можно заметить 3 проводника с разрывами (а). Для упрощения восприятия приведено изображение, на котором результаты LECIVA наложены поверх изображения образца, выполненного во вторичных электронах (б).

Вывод

Представленные методики позволяют проводить исследования материалов и структур. Развитие электроники и стремительное уменьшение размеров технологической нормы не препятствует применению данных методик для анализа отказов современных устройств. Все представленные методы позволяют получить хорошую картину для качественной оценки и являются отличными инструментами в развитии исследовательской базы.

ультразвуковое исследование, МРТ, КТ и другие процедуры диагностики сердца. – статьи ООО «Пакс Мед»

Сегодня многие страдают от сердечно-сосудистых  заболеваний. К основным причинам, вызывающим болезни сердца,  относятся нездоровый образ жизни и неблагоприятная экология. Постановка правильного диагноза и назначение соответствующего лечения имеют решающее значение для пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Современные методы визуализации являются ключом к пониманию проблем с сердцем.

Врачи-кардиологи используют разные процедуры визуализации для отслеживания функциональных и структурных изменений сердечной мышцы. Ультразвуковое исследование сердца выполняется из разных точек поверхности грудной клетки, а также может быть выполнено таким методом исследования, как чреспищеводная эхокардиография. Ультразвуковая процедура определяет размеры желудочков сердца, функции сердечных клапанов, насосную функцию сердца, а также помогает диагностировать врожденные пороки сердца и оценить процесс заживления после операционного вмешательства.

Ультразвуковым методом сложно исследовать коронарные кровеносные сосуды из-за их расположения. Для их исследования используется коронарная ангиография, которая также эффективна при диагностике ишемической болезни сердца. В паховую область вводится катетер, который под контролем ангиографа перемещают к коронарным сосудам. В катетер вводится контрастное вещество, чтобы сделать коронарные артерии видимыми в рентгеновских лучах. «Коронарная ангиография позволяет лучше оценить стеноз и сужение коронарных артерий. Процедура очень точная из-за качества изображений с высоким разрешением» –отмечает профессор Ример Сларт (Riemer H.J.A. Slart) из Университета Гронингена. Ишемическая болезнь сердца провоцирует многие другие сердечные заболевания, поэтому надежная и своевременная постановка диагноза очень важна. Сужение артерии можно лечить уже во время этого обследования, расширяя ее баллонным катетером или стентом.

Коронарная ангиография – это инвазивная процедура, поэтому для пациента существуют определенные риски, связанные с ее проведением. В дополнение к высокой дозе облучения в месте катетера после обследования может возникнуть кровотечение. Само вмешательство может привести к таким осложнениям как сердечная аритмия.

Неинвазивные методы исследования сердца – меньше риск для пациента.

Неинвазивные методы исследования – альтернативные способы катетеризации сердца. «С одной стороны, есть методы, взятые из ядерной медицины, где мы используем перфузионную визуализацию миокарда с помощью радиоизотопов, таких как SPECT (Однофотонная эмиссионная компьютерная томография) и PET (Позитронно-эмиссионная томография). С другой стороны, существует также МРТ, которая основана на перфузионной визуализации миокарда с использованием контрастного вещества» — говорит профессор Сларт. Общим для всех этих процедур визуализации является то, что они сводят к минимуму риск для пациентов. Их называют «методы функциональной визуализации», так как они показывают функции органов и тканей, например кровообращение и обмен веществ. Они основаны на использовании контрастных веществ, которые накапливаются в органах и в определенных типах тканей или связываются с определенными молекулярными структурами-мишенями.

Заболевания сердечной мышцы показывает и молекулярная визуализация. «Многие виды миокардита связаны с накоплением макрофагов в воспаленной области сердечной мышцы. Эти макрофаги можно сделать видимыми с помощью определенных методов молекулярной визуализации», — объясняет профессор Али Йилмаз (Ali Yilmaz) из Университетской клиники Мюнстера. Йилмаз и его команда исследователей используют контрастные вещества на основе наночастиц оксида железа. «Сегодня мы можем подготовить поверхности этих наночастиц к тому месту, где они поглощаются макрофагами, что позволяет нам видеть накопление макрофагов в сердечной мышце как накопление наночастиц в МРТ», — говорит профессор Йилмаз. Это указывает на острый миокардит. Неинвазивная методика визуализации, которая в настоящее время все еще исследуется, в будущем может стать альтернативой инвазивной процедуре.

Использование функционализированных наночастиц открывает новые возможности в области тераностики — комбинации диагностического и терапевтического применения в процедуре. Функционализированные наночастицы могут транспортировать активные ингредиенты к пораженным органам и тканям. Современные методы визуализации могут показать, достигает ли активный ингредиент цели и каким образом. Пока наночастицы находятся в организме и накапливаются в ткани-мишени, их можно использовать для последующих исследований. Наночастицы обеспечивают лучшее понимание организма, поскольку они визуализируют место рассматриваемой болезни лучше, чем неспецифические контрастные агенты или методы, которые работают без контраста.

Количество с качеством: процедуры визуализации и все о сердце

Не каждая процедура подходит для всех целей, например, когда серьезные недостатки или затраты препятствуют их широкому применению. Именно поэтому продолжаются разрабатываться альтернативы, более подходящие для пациентов и врачей, а также совершенствуются существующие методы, например МРТ. «Сканирование МРТ постоянно совершенствуется. Добавляются новые методы, которые позволяют проводить еще более точный и более точный диагноз» — говорит Йилмаз.

Щадящие альтернативы могут использоваться, когда речь идет о диагностике ишемической болезни сердца. Ример Сларт обобщает результаты исследования сCE-MARC 2» по этому вопросу, которое недавно было проведено в Великобритании. «Если вы используете неинвазивную технику визуализации в качестве первого диагностического шага, это значительно сокращает количество пациентов, которым необходимо пройти инвазивную коронарную ангиографию». Эти разработки являются лишь двумя примерами того, как современные методы визуализации помогают лучше диагностировать сердечные заболевания и позволяют нам больше узнать о сердце.

 

Источник:

https://www.medica-tradefair.com

методов визуализации мозга | Безграничная психология

Методы визуализации мозга

ЭЭГ, ПЭТ, МРТ и фМРТ сканируют мозг с помощью различных методов и имеют разную степень специфичности и инвазивности.

Цели обучения

Сравните методы, которые исследователи могут использовать для визуализации мозга

Основные выводы

Ключевые моменты

• Нейровизуализация, или сканирование мозга, включает использование различных методов для прямого или косвенного изображения структуры, функции или фармакологии мозга.
• Нейровизуализация делится на две большие категории: структурная визуализация и функциональная визуализация.
• Электроэнцефалография (ЭЭГ) используется для определения активности мозга при определенных психологических состояниях, таких как настороженность или сонливость.
• Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) показывает мозговые процессы с использованием глюкозы в мозге, чтобы показать, где активируются нейроны.
• Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует эхо-волны для различения серого вещества, белого вещества и спинномозговой жидкости.
• Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — это серия МРТ, измеряющих функцию мозга с помощью компьютерной комбинации нескольких изображений, полученных с интервалом менее секунды.

Ключевые термины

• проводимость : способность материала проводить электричество, тепло, жидкость или звук.
• магнитное поле : Состояние в пространстве вокруг магнита или электрического тока, в котором существует обнаруживаемая магнитная сила и два магнитных полюса.

Нейровизуализация, или сканирование мозга, включает использование различных методов для прямого или косвенного изображения структуры, функции или фармакологии мозга. Это относительно новая дисциплина в медицине, нейробиологии и психологии. Врачи, специализирующиеся на выполнении и интерпретации нейровизуализации в клинических условиях, известны как нейрорадиологи.

Нейровизуализация делится на две большие категории:

1. Структурная визуализация, которая занимается структурой головного мозга и диагностикой крупномасштабных внутричерепных заболеваний (например, опухолей), а также травм.
2. Функциональная визуализация, которая используется для диагностики метаболических заболеваний и поражений в более мелком масштабе (например, болезни Альцгеймера), а также для неврологических и когнитивно-психологических исследований. Функциональная визуализация позволяет непосредственно визуализировать процесс обработки информации головным мозгом, поскольку активность в задействованной области мозга увеличивает метаболизм и «загорается» при сканировании.

Четыре наиболее распространенных типа сканирования мозга — это ЭЭГ, ПЭТ, МРТ и фМРТ.

Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Электроэнцефалография (ЭЭГ) используется для демонстрации активности мозга при определенных психологических состояниях, таких как настороженность или сонливость.Это полезно при диагностике судорог и других медицинских проблем, связанных с переизбытком или отсутствием активности в определенных частях мозга.

Для подготовки к ЭЭГ на лицо и кожу головы накладывают электроды. После установки каждого электрода в правильное положение можно измерить электрический потенциал каждого электрода. В зависимости от состояния человека (бодрствование, сон и т. Д.) Частота и форма сигнала ЭЭГ различаются. У больных эпилепсией наблюдается увеличение амплитуды возбуждения, видимое на записи ЭЭГ.Недостатком ЭЭГ является то, что электрическая проводимость — и, следовательно, измеренные электрические потенциалы — могут широко варьироваться от человека к человеку, а также со временем из-за естественной проводимости других тканей, таких как вещество мозга, кровь и кости. Из-за этого иногда неясно, какая именно область мозга излучает сигнал.

Запись ЭЭГ : Для подготовки к ЭЭГ электроды помещают на лицо и кожу головы.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) измеряет уровни глюкозы в мозге, чтобы проиллюстрировать, где происходит нервное возбуждение.Это работает, потому что активные нейроны используют глюкозу в качестве топлива. В рамках сканирования в кровь вводится индикаторное вещество, прикрепленное к радиоактивным изотопам. Когда части мозга становятся активными, кровь (которая содержит индикатор) отправляется для доставки кислорода. Это создает видимые пятна, которые затем обнаруживаются детекторами и используются для создания видеоизображения мозга при выполнении определенной задачи. Однако с помощью ПЭТ-сканирования мы можем определить только общие области мозговой активности, а не конкретные места.Кроме того, сканирование ПЭТ является дорогостоящим и инвазивным, что ограничивает их использование. Однако их можно использовать в некоторых формах медицинской диагностики, в том числе при болезни Альцгеймера.

ПЭТ-сканер : это вид ПЭТ-сканера снаружи; детекторы излучения находятся под защитной панелью.

Магнитно-резонансная томография (МРТ)

Магнитно-резонансная томография (МРТ) и функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ) — это формы нейронной визуализации, наиболее полезные в области психологии.

МРТ использует сильные магнитные поля для выравнивания вращающихся ядер атомов (обычно протонов водорода) в тканях тела, затем нарушает ось вращения этих ядер и наблюдает радиочастотный сигнал, генерируемый, когда ядра возвращаются к своему исходному состоянию. Благодаря этому процессу МРТ создает изображение структуры мозга. МРТ неинвазивны, не представляют большого риска для здоровья и могут использоваться у младенцев и в утробе матери, обеспечивая согласованный режим визуализации по всему спектру развития.Одним из недостатков является то, что пациенту приходится в течение длительного времени оставаться неподвижным в шумном и тесном пространстве, пока выполняется визуализация.

МРТ головного мозга : МРТ головного мозга (в осевой плоскости — то есть срез головы спереди назад и из стороны в сторону), показывающий опухоль головного мозга в правом нижнем углу.

ФМРТ — это серия МРТ, которая измеряет как структуру, так и функциональную активность мозга посредством компьютерной адаптации множества изображений. В частности, фМРТ измеряет изменения сигналов в головном мозге, связанные с изменением нейронной активности.На фМРТ пациент может выполнять умственные задачи, а область действия можно определить по потоку крови от одной части мозга к другой, сделав снимки с интервалом менее секунды и показывая, где мозг «загорается». Например, когда человек обрабатывает визуальную информацию, кровь устремляется к задней части мозга, где расположена затылочная доля. FMRI позволяют показать, когда что-то происходит, как области мозга меняются с опытом и какие области мозга работают вместе. Они использовались для изучения широкого спектра психологических явлений, включая (но не ограничиваясь этим) нейронную активность лжи, различия между новичками и экспертами при игре на музыкальном инструменте, а также то, что происходит в наших головах, когда мы мечтать.

ФМРТ головного мозга. : ФМРТ-сканирование, показывающее области активации (оранжевым цветом), включая первичную зрительную кору.

методов визуализации | Эдинбургский университет

Мы используем и разрабатываем различные передовые методы визуализации для изучения общих медицинских проблем и физиологии.

Сжатое измерение

Сжатое зондирование — это общий метод восстановления сигналов и изображений по меньшему количеству измерений (т.е. меньше образцов), чем требуется по традиционной теории.

Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Электроэнцефалография (ЭЭГ) — это регистрация электрической активности вдоль волосистой части головы. ЭЭГ измеряет колебания напряжения в результате протекания ионного тока в нейронах головного мозга.

Функциональная МРТ (фМРТ)

Функциональная МРТ (фМРТ) — это неинвазивный инструмент для изучения функции мозга как у здоровых добровольцев, так и у клинических пациентов.

Перфузионная визуализация

Перфузия определяется как прохождение жидкости через лимфатическую систему или кровеносные сосуды к органу или ткани. Практика перфузионного сканирования направлена ​​на «увидеть» прохождение жидкостей через ткани тела.

Визуализация проницаемости

Визуализация проницаемости (динамическая МРТ с усилением контраста) включает повторное получение Т1-взвешенных МРТ-изображений после инъекции контрастного вещества, такого как гадолиний.

ПЭТ-МРТ

Этот метод сочетает в себе сканер МРТ с полностью интегрированными детекторами ПЭТ, что позволяет одновременно получать данные ПЭТ во время применения обычных методов МРТ.

Спектроскопия

Магнитно-резонансная спектроскопия (MRS) — это неинвазивный диагностический тест для измерения биохимических изменений в головном мозге.Это дает ценную информацию о химическом составе мозга с помощью того же явления резонанса, что и МРТ.

Структурная МРТ

Структурная магнитно-резонансная томография (МРТ) — это неинвазивный метод исследования анатомии и патологии мозга (в отличие от использования функциональной магнитно-резонансной томографии [фМРТ] для изучения активности мозга. Это позволяет получать изображения, которые можно использовать для клинических радиологических отчетов. а также для детального анализа.

Отображение температуры

BRIC использует спектроскопию магнитного резонанса (MRS) для сбора данных, используемых для оценки температуры на воксельной основе.

Визуализация в анатомии: сравнение методов визуализации забальзамированных человеческих трупов | BMC Medical Education

Исследование было одобрено этической комиссией медицинского факультета Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге.Письменное информированное согласие на научные исследования в целом выдается всеми донорами до смерти в отделении анатомии и клеточной биологии.

Субъекты

Для исследования мы исследовали 23 человека-донора (11 мужчин, 12 женщин; средний возраст 81,1 года, стандартное отклонение 11,7 года, диапазон 45 лет). Исследуемые трупы консервировали после стандартных техник бальзамирования с использованием раствора, содержащего этанол (77%), небуференный формалин, глицерин и дистиллированную воду (~ 7% соответственно).Процедура включает внутрисосудистое бальзамирование в течение 8 часов, бальзамирование в ванне с раствором в течение шести-восьми недель и хранение при 2–4 ° C до двух лет. Были проведены следующие методы визуализации:

Ультразвук

Параметры размера почек, включая длину, ширину и толщину коры обеих почек шести доноров (3 мужчины, 3 женщины), оценивали два независимых и опытных специалиста по ультразвуковой диагностике. Трупы исследовали в положении лежа на животе с помощью ультразвуковой системы CX 50, широкополосного датчика с изогнутой решеткой C5-1 с технологией PureWave, Philips, Гамбург, Германия.

Рентгенография

Для оценки тел поясничных позвонков и инфраренальной части аорты с участием шести доноров (3 мужчины, 3 женщины) были выполнены как переднезадний (AP), так и боковой вид поясничного отдела позвоночника и таза. Трупы исследовали в положении лежа на спине с помощью Mobilett +, Siemens, Эрланген, Германия. Обследование проводил опытный рентгенолог.

Компьютерная томография

Сканирование всего тела, включая голову, грудную клетку, живот, таз, плечевые и коленные суставы, было выполнено 12 донорам (5 мужчин, 7 женщин).Используемая система — Sensation64, Siemens, Эрланген, Германия. КТ-изображения были получены с напряжением 120 кВ и 500 эфф.А.А. Затем были выполнены многоплоскостные реконструкции в аксиальной, сагиттальной и коронарной ориентации (толщина среза 5 мм). Обследование проводил опытный рентгенолог.

Магнитно-резонансная томография

По сравнению с компьютерной томографией, сканирование всего тела было выполнено от 4 доноров (1 мужчина, 3 женщины) с помощью Skyra 3 T, Siemens, Эрланген, Германия.МРТ-изображения для визуализации всего тела получали как аксиальный T1-TSE (толщина среза 6 мм, TR 680 мс, TE 12 мс), аксиальный T2-TSE (толщина среза 4 мм, TR 7870 мс, TE 81 мс), коронарный T1- TSE (толщина среза 3 мм, TR 903 мс, TE 21 мс) и сагиттальные изображения T2-TSE (толщина среза 4 мм, TR 8520 мс, TE 100 мс). МРТ-изображения коленного сустава были получены в виде PD-взвешенных последовательностей TSE в аксиальной, сагиттальной и корональной ориентации (толщина среза 2,5 мм, TR 2800 мс, TE 19 мс). Обследование проводил опытный рентгенолог.

Критерии оценки

Четыре клинических автора установили критерии визуализации для исследуемых методов визуализации в соответствии с Практическим руководством AIUM по проведению ультразвукового исследования [10], Европейскими рекомендациями по критериям качества диагностических радиографических изображений [11] и Европейские рекомендации по критериям качества компьютерной томографии [12] (таблицы 1, 2, 3 и 4). Пять опытных сонографов и пять опытных радиологов оценили полученные изображения.Сонографы оценили ультразвуковые изображения, радиолог оценил рентгеновские снимки, КТ и МРТ. Оценка изображений проводилась каждым экспертом индивидуально, без ведома оценки других экспертов. Вслед за Де Кропом и др. [13] и Benkhadra et al. [14], которые ранее оценивали клинические изображения забальзамированных трупов Тиля, критериям был присвоен «0», если анатомическая структура не была видна, «1», если структура была плохо видна, и «2», если анатомическая структура была хорошо видна.Сумма баллов (общий исходный балл) затем была разделена на количество критериев, используемых для каждого метода визуализации, чтобы получить сопоставимые значения (расчетный балл).

Таблица 1 Оценка ультразвуковых изображений Таблица 2 Оценка рентгеновских снимков Таблица 3 Оценка КТ изображений Таблица 4 Оценка изображений МРТ

В дополнение к критериям качества изображения мы оценили возможность трехмерной реконструкции, а также аспект общей осуществимости, включая затраты и логистику, для четырех методов визуализации.

Типы медицинских изображений

Что такое медицинские изображения?

Медицинская визуализация — это использование методов и процессов визуализации для получения изображений человеческого тела, которые могут помочь в диагностике и лечении пациентов. Его также можно использовать для отслеживания любых текущих проблем и, следовательно, помочь в составлении планов лечения.

Существует множество различных методов медицинской визуализации, в которых используются разные технологии для получения изображений для разных целей. На этой странице представлены наиболее распространенные методы визуализации, а на странице использования ИИ в радиологии будет показано, как некоторые из этих методов в сочетании с ИИ проложат путь для более точной визуализации.

Сканеры КТ

Что такое компьютерный томограф?

Компьютерная томография, более часто называемая компьютерной томографией, может создать подробное изображение внутренней части тела с помощью рентгеновских лучей и компьютеров. Он отличается от рентгена, потому что он дает изображение поперечного сечения тела, подобное МРТ, что позволяет им лучше рассматривать мягкие ткани и более тонкие части изображения, которые рентгеновский снимок может не уловить.

Что они создают?

Их можно использовать для визуализации костей, внутренних органов и кровеносных сосудов.Обычно сканируется верхняя часть тела, такая как мозг, шея, позвоночник, грудная клетка и носовые пазухи.

Каковы некоторые распространенные применения?

Они часто используются в диагностике , например, для обнаружения опухолей или сломанных костей. Другое использование — найти больше детали после другого сканирования, например, рентгеновского снимка. Мониторинг также является важным применением компьютерных томографов, поскольку регулярное сканирование позволяет отслеживать любые развивающиеся состояния, например рак.

Как это работает?

Как показано на изображении ниже, пациент лежит на спине на панели.Эта панель переходит в сканер, который вращается вокруг той части вашего тела, которая в данный момент находится в сканере. Пациенту необходимо лежать неподвижно, чтобы на сканировании было четкое изображение. Обычно радиолог, который управляет аппаратом, находится в другой комнате, чтобы избежать облучения, но может общаться с пациентом через домофон. Сканирование может занять от 10 до 20 минут, но результаты доступны, как только компьютер проанализирует сканированные изображения.

Рисунок 1: Изображение КТ-сканера

Какие преимущества и недостатки?

Преимущества

• КТ сканирование довольно короткое — всего 10-20 минут.
• Результаты очень быстрые по сравнению с некоторыми другими типами сканирования.
КТ
• безболезненна и неинвазивна.

Недостатки

• Как и при большом количестве сканирований, ваше тело подвергается некоторому воздействию радиации. Чем больше сканируется тело пациента, тем большему облучению он подвергается. Однако они предназначены для минимизации радиационного воздействия.
• Возможна аллергическая реакция на используемый краситель.

Сканеры МРТ

Что такое сканер МРТ?

Магнитно-резонансная томография, более известная как МРТ, представляет собой подробное изображение поперечного сечения части тела.Он похож на компьютерную томографию, но имеет более высокое качество, поэтому легче увидеть различия в тканях, как показано на рисунке ниже.

Рис. 2: КТ и МРТ

Что они делают?

МРТ можно использовать для получения изображений головного и спинного мозга, костей, сердца, кровеносных сосудов и различных внутренних органов.

Каковы некоторые распространенные применения?

Использование аналогично использованию компьютерного томографа: диагностика, , получение дополнительных деталей, для планирования лечения и мониторинг текущего лечения.

Как это работает?

В отличие от компьютерного томографа, МРТ охватывает все тело. Пациента помещают в тонкую трубку диаметром около 24 дюймов, и для создания детальных изображений используются чрезвычайно сильные магниты и радиоволны. Как и в случае с компьютерным томографом, рентгенолог будет стоять в другой комнате, просматривая результаты и общаясь по внутренней связи, но МРТ намного громче, чем компьютерный томограф. Они могут занять от 15 до 90 минут.

Какие преимущества и недостатки?

Преимущества

• МРТ безболезненны и безопасны, так как магнитные поля и радиоволны не оказывают негативного воздействия на пациента.
• Они не подвергаются воздействию рентгеновского излучения, поэтому при необходимости могут использоваться беременными женщинами и младенцами.

Недостатки

• МРТ охватывает большую часть тела, поэтому люди с клаустрофобией чувствуют себя неуютно.
• Металл не может попасть внутрь сканера МРТ, поэтому люди с определенными имплантатами, такими как кардиостимуляторы, не могут их использовать.

Ядерная медицина Визуализация (позитронно-эмиссионная томография)

Что такое сканер ПЭТ?

ПЭТ-сканирование позволяет создать трехмерное изображение внутренней части тела.Их можно комбинировать с КТ- и МРТ-сканированием, чтобы создать еще более четкое изображение, чтобы показать, что происходит. Они также могут быть сфокусированы на определенных частях тела и показать, насколько хорошо эта часть тела работает. На изображении ниже показано, как можно совместить ПЭТ-сканирование и компьютерную томографию.

Рис. 3: Комбинация компьютерной томографии и ПЭТ.

Что они создают?

Они используются для определения прогрессирования рака и могут использоваться для получения изображений головного мозга с высоким разрешением.

Каковы некоторые распространенные применения?

Они обычно используются у людей, у которых уже был диагностирован рак , так как они могут четко показать, насколько далеко распространился рак или насколько эффективно лечение, такое как химиотерапия.Они также используются в , планирующем хирургических операций, таких как операции на головном мозге или сердце. Деменция также может быть диагностирована с помощью ПЭТ-сканирования, поскольку оно может показать, изменилась ли нормальная функция мозга.

Как это работает?

Радиоактивный индикатор, обычно фтордезоксиглюкоза (ФДГ), вводится в руку, и это испускает радиацию. Сканер ПЭТ может обнаружить это излучение, когда оно собирается в определенных частях вашего тела. Если есть область, где ФДГ не накапливается, значит, определенная функция организма там не работает.Раковые клетки используют глюкозу быстрее, чем обычно, и поэтому, проверяя концентрацию ФДГ, рак можно идентифицировать и отслеживать в организме. Аппарат ПЭТ-сканера похож на аппарат МРТ. Сканирование занимает около 30 минут.

Какие преимущества и недостатки?

Преимущества

• Используемый радиоактивный индикатор фтордезоксиглюкоза похож на глюкозу, поэтому организм обращается с ней аналогичным образом.
• Сканирование занимает всего около 30 минут.
• ПЭТ-сканирование может выявить метаболические изменения на клеточном уровне, происходящие в органе или ткани, что невозможно при КТ или МРТ.

Недостатки

• При ПЭТ-сканировании вы подвергаетесь воздействию радиации, которая может привести к раку. Однако сумма довольно небольшая. Радиоактивный индикатор имеет короткий период полураспада.
• Пациентам следует избегать людей, которые не должны подвергаться воздействию радиации, например беременных женщин, в течение нескольких часов после сканирования.

УЗИ

Что такое ультразвуковой аппарат?

Ультразвук использует высокочастотные волны, чтобы показать, что находится внутри части тела.Это также известно как сонограмма.

Что они создают?

Ультразвук позволяет получать изображения нерожденных детей в реальном времени, как показано ниже.

Рисунок 4: Ультразвуковое изображение будущего ребенка

Каковы некоторые распространенные применения?

Чаще всего используются для наблюдения за нерожденными детьми , однако они также используются при диагностике и во время определенных процедур для , направляя хирургов .

Как это работает?

Устройство имеет зонд, излучающий высокочастотные звуковые волны.Они отражаются от разных частей тела, создавая эхо, и когда они отражаются от зонда, он также может их обнаружить. Это может создать живое изображение на другом сканере. Сканирование может длиться от 15 до 45 минут. Их можно проводить наружно, внутренне или эндоскопически.

Какие преимущества и недостатки?

Преимущества

• Обычно после ультразвукового исследования не бывает последствий. Это означает, что нормальная деятельность может быть возобновлена ​​сразу после этого.
• Результаты видны в режиме реального времени, поэтому ждать не нужно.

Недостатки

• Некоторые крышки датчиков имеют латекс, что может быть проблемой, если у пациента аллергия на латекс.
• Эндоскопическое ультразвуковое исследование может вызвать боль в горле или вздутие живота, а в крайних случаях — внутреннее кровотечение.

Рентгеновские снимки

Что такое рентген?

Рентген — это очень распространенная процедура, используемая для получения изображений внутренней части тела. Он использует излучение в рентгеновской части электромагнитного спектра.

Что они создают?

Они используются для получения изображений костей, обычно, чтобы увидеть, есть ли переломы и где они есть.Их также используют стоматологи и ортодонты для осмотра зубов. Опухоли костей также можно увидеть на рентгеновских снимках.

Каковы некоторые распространенные применения?

Их можно использовать для , чтобы направлять хирургов во время их работы. Они также могут быть использованы для обнаружения сломанных костей и для планирования наилучшего курса лечения для этого.

Как это работает?

Рентгеновские лучи, которые представляют собой невидимое для человека электромагнитное излучение, проходят через тело.Энергия поглощается разными частями тела с разной скоростью, и датчик на другой стороне человека увидит, сколько энергии было поглощено, и сможет создать на основе этого изображение. Более плотные части тела, такие как кости, выглядят белыми, так как через них проходит мало рентгеновских лучей. Иногда пациенту дают контрастное вещество, чтобы мягкие ткани лучше просматривались на изображении. Рентген выполняется очень быстро, и вся процедура занимает всего несколько минут.

Рисунок 5: Схема работы рентгеновского сканера

Какие есть преимущества и недостатки?

Преимущества

• Аппарат не окружает все тело, поэтому не вызовет беспокойства у людей с клаустрофобией.
• Процедура занимает всего несколько минут.

Недостатки

• Некоторые контрастные вещества могут вызывать нежелательные побочные эффекты.
• Рентгеновские лучи подвергают пациента воздействию нежелательного излучения, которое потенциально может вызвать рак, однако количество испускаемого излучения минимально.

Источники

Источники изображений

N.B. Любые изображения, не предоставленные источниками, были созданы нами.

---

1.5 Медицинская визуализация — анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Сравнить и сопоставить методы медицинской визуализации с точки зрения их функции и использования при изучении человеческого тела

На протяжении тысячелетий страх перед мертвыми и юридические санкции ограничивали возможности анатомов и врачей изучать внутренние структуры человеческого тела.Неспособность контролировать кровотечение, инфекцию и боль делала операции нечастыми, а те, что проводились, такие как ушивание ран, ампутации, удаление зубов и опухолей, сверление черепа и кесарево сечение, не сильно продвинули знания о внутренней анатомии. Поэтому теории о функциях тела и о болезнях в значительной степени основывались на внешних наблюдениях и воображении. Однако в течение четырнадцатого и пятнадцатого веков были опубликованы подробные анатомические рисунки итальянского художника и анатома Леонардо да Винчи и фламандского анатома Андреаса Везалия, и интерес к анатомии человека начал расти.Медицинские школы начали преподавать анатомию, используя человеческое вскрытие; некоторые прибегали к ограблению могил, чтобы добыть трупы. В конце концов были приняты законы, которые позволили студентам анатомировать трупы преступников и тех, кто жертвовал свои тела для исследований. Тем не менее, только в конце девятнадцатого века исследователи-медики открыли безоперационные методы, позволяющие заглянуть внутрь живого тела.

Рентгеновские снимки

Немецкий физик Вильгельм Рентген (1845–1923) экспериментировал с электрическим током, когда обнаружил, что таинственный и невидимый «луч» проходит через его плоть, но оставляет очертания его костей на экране, покрытом металлическим составом.В 1895 году Рентген сделал первую долговечную запись внутренних частей живого человека: «рентгеновское» изображение (как его стали называть) руки своей жены. Ученые всего мира быстро начали свои собственные эксперименты с рентгеновскими лучами, и к 1900 году рентгеновские лучи стали широко использоваться для обнаружения различных травм и заболеваний. В 1901 году Рентген был удостоен первой Нобелевской премии по физике за свои работы в этой области.

Рентгеновский аппарат — это форма высокоэнергетического электромагнитного излучения с короткой длиной волны, способного проникать через твердые тела и ионизирующие газы.Поскольку они используются в медицине, рентгеновские лучи испускаются рентгеновским аппаратом и направляются на специально обработанную металлическую пластину, расположенную за телом пациента. Пучок излучения приводит к потемнению рентгеновской пластинки. Рентгеновские лучи слегка задерживаются мягкими тканями, которые отображаются серым цветом на рентгеновской пластине, тогда как твердые ткани, такие как кость, в значительной степени блокируют лучи, создавая светлые «тени». Таким образом, рентгеновские лучи лучше всего использовать для визуализации твердых структур тела, таких как зубы и кости (Рисунок 1.5.1). Однако, как и многие формы излучения высокой энергии, рентгеновские лучи способны повреждать клетки и вызывать изменения, которые могут привести к раку. Эта опасность чрезмерного воздействия рентгеновских лучей не была полностью оценена в течение многих лет после их широкого использования.

Рисунок 1.5.1 — Рентгеновский снимок руки: Электромагнитное излучение высокой энергии позволяет увидеть внутренние структуры тела, такие как кости, в подобных рентгеновских лучах. (кредит: Trace Meek / flickr)

Уточнения и усовершенствования рентгеновских технологий продолжались на протяжении двадцатого и двадцать первого веков.Хотя рентген часто вытесняется более сложными методами визуализации, он остается «рабочей лошадкой» в медицинской визуализации, особенно для просмотра переломов и для стоматологии. Недостаток облучения для пациента и оператора теперь устраняется за счет надлежащего экранирования и ограничения воздействия.

Современная медицинская визуализация

Рентгеновские лучи могут отображать двумерное изображение области тела, и только под одним углом. Напротив, более современные технологии медицинской визуализации производят данные, которые интегрируются и анализируются компьютерами для создания трехмерных изображений или изображений, раскрывающих аспекты функционирования тела.

Компьютерная томография

Томография — это получение изображений по разделам. Компьютерная томография (КТ) — это неинвазивный метод визуализации, который использует компьютеры для анализа нескольких рентгеновских снимков в поперечном сечении, чтобы выявить мельчайшие детали структур в теле (рис. 1.5.2 a ). Этот метод был изобретен в 1970-х годах и основан на том принципе, что, проходя через тело, рентгеновские лучи поглощаются или отражаются на разных уровнях. В этой технике пациент лежит на моторизованной платформе, в то время как компьютерный сканер осевой томографии (CAT) вращается на 360 градусов вокруг пациента, делая рентгеновские снимки.Компьютер объединяет эти изображения в двухмерное изображение отсканированной области или «среза».

Рисунок 1.5.2 — Методы медицинской визуализации: (a) Результаты компьютерной томографии головы показаны в виде последовательных поперечных срезов. (б) Аппарат МРТ создает магнитное поле вокруг пациента. (c) ПЭТ-сканирование использует радиофармпрепараты для создания изображений активного кровотока и физиологической активности органа или органов, на которые нацелены. (d) Ультразвуковая технология используется для наблюдения за беременностью, поскольку она является наименее инвазивной из методов визуализации и не использует электромагнитное излучение.(Источник a: Акира Огаки / flickr; источник b: «Digital Cate» / flickr; источник c: «Разиэль» / Wikimedia Commons; источник d: «Isis» / Wikimedia Commons) Более сложное программное обеспечение сделало компьютерную томографию рутиной для многих типов диагностических исследований. Это особенно полезно для сканирования мягких тканей, например головного мозга, грудных и брюшных органов. Его уровень детализации настолько точен, что позволяет врачам измерять размер опухоли с точностью до миллиметра. Основным недостатком компьютерной томографии является то, что она подвергает пациентов дозе радиации, во много раз превышающей дозу рентгеновского излучения. Фактически, дети, которым делают компьютерную томографию, подвергаются повышенному риску развития рака, как и взрослые, которым делают несколько компьютерных томографий.

Внешний веб-сайт

Компьютерная томография или компьютерная томография основаны на вращающемся сканере, который вращается вокруг тела пациента. Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о компьютерной томографии и компьютерной томографии. Какой вид излучения использует компьютерный томограф?

Магнитно-резонансная томография

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — это неинвазивный метод медицинской визуализации, основанный на явлении ядерной физики, открытом в 1930-х годах, когда было обнаружено, что вещество, подвергающееся воздействию магнитных полей и радиоволн, излучает радиосигналы.В 1970 году врач и исследователь по имени Раймонд Дамадиан заметил, что злокачественная (раковая) ткань подает иные сигналы, чем нормальная ткань тела. Он подал заявку на патент на первое сканирующее устройство МРТ, которое использовалось в клинических условиях к началу 1980-х годов. Ранние сканеры МРТ были примитивными, но достижения в области цифровых вычислений и электроники привели к их развитию по сравнению с любыми другими методами точной визуализации, особенно для обнаружения опухолей. МРТ также имеет главное преимущество — не подвергать пациентов воздействию радиации.

К недостаткам МРТ можно отнести их гораздо более высокую стоимость и дискомфорт пациента при выполнении процедуры. Сканер МРТ подвергает пациента воздействию таких мощных электромагнитов, что кабинет сканирования должен быть защищен. Пациент должен быть заключен в устройство в виде металлической трубки на время сканирования (см. Рисунок 1.5.2 b ), иногда до тридцати минут, что может быть неудобно и непрактично для больных. Устройство также настолько шумно, что даже с берушами пациенты могут беспокоиться или даже бояться.Эти проблемы были частично преодолены с развитием «открытого» сканирования МРТ, которое не требует, чтобы пациент был полностью заключен в металлическую трубку. Пациенты с железосодержащими металлическими имплантатами (внутренними швами, некоторыми протезами и т. Д.) Не могут пройти МРТ-сканирование, поскольку оно может сместить эти имплантаты.

Функциональные МРТ (фМРТ), которые определяют концентрацию кровотока в определенных частях тела, все чаще используются для изучения активности в частях мозга во время различных физических нагрузок.Это помогло ученым узнать больше о местонахождении различных функций мозга, аномалий и заболеваний.

Внешний веб-сайт

Пациента, проходящего МРТ, окружает сканер в форме трубки. Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о МРТ. Какова функция магнитов в МРТ?

Позитронно-эмиссионная томография

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) — это медицинский метод визуализации, включающий использование так называемых радиофармпрепаратов, веществ, излучающих короткоживущее излучение и, следовательно, относительно безопасное для введения в организм.Хотя первый сканер ПЭТ был представлен в 1961 году, потребовалось еще 15 лет, прежде чем радиофармацевтические препараты были объединены с этой технологией и революционизировали ее потенциал. Основное преимущество состоит в том, что ПЭТ (см. Рис. 1.5.2 c ) может иллюстрировать физиологическую активность, включая метаболизм питательных веществ и кровоток, органа или органов, на которые нацелены, тогда как сканирование КТ и МРТ может показывать только статические изображения. ПЭТ широко используется для диагностики множества состояний, таких как болезни сердца, распространение рака, определенные формы инфекций, аномалии головного мозга, болезни костей и заболевания щитовидной железы.

Внешний веб-сайт

ПЭТ полагается на радиоактивные вещества, вводимые за несколько минут до сканирования. Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о ПЭТ. Как ПЭТ используется в химиотерапии?

УЗИ

Ультразвуковое исследование — это метод визуализации, который использует передачу высокочастотных звуковых волн в тело для генерации эхо-сигнала, который преобразуется компьютером в изображение анатомии и физиологии в реальном времени (см. Рисунок 1.5.2 d ). Ультрасонография — наименее инвазивный из всех методов визуализации, поэтому его можно использовать более свободно в чувствительных ситуациях, таких как беременность. Технология была впервые разработана в 1940-х и 1950-х годах. Ультрасонография используется для изучения функции сердца, кровотока в шее или конечностях, некоторых состояний, таких как заболевание желчного пузыря, а также роста и развития плода. Основные недостатки ультразвукового исследования заключаются в том, что качество изображения сильно зависит от оператора и что оно не может проникнуть в кость и газ.

Микроскопия

Микроскопия — это не метод визуализации, а способ увидеть небольшой образец ткани, удаленной из человеческого тела. Когда есть проблема в определенной ткани тела, врач может взять образец ткани из тела и подготовить его в виде предметного стекла для микроскопа. После этого врач может просматривать структуры, невидимые невооруженным глазом. Обычно используемые методы микроскопии включают световую микроскопию, сканирующую электронную микроскопию (SEM) и просвечивающую электронную микроскопию (TEM).Образцы тканей, используемые в световой микроскопии, обычно окрашивают красочными красителями для усиления контраста, поскольку разные части клеток по-разному поглощают краситель. Световые микроскопы обычно увеличивают приблизительно от 10 до 1000 раз. Напротив, SEM может увеличиваться до 500 000 раз, а TEM может увеличиваться до 10 000 000 раз. И SEM, и TEM используют электронные волны, а не свет для увеличения образца. СЭМ обеспечивает трехмерное изображение поверхности образца, тогда как ПЭМ обеспечивает изображение с высоким разрешением сверхтонкого образца.

Обзор главы

Подробные анатомические рисунки человеческого тела впервые стали доступны в пятнадцатом и шестнадцатом веках; однако только в конце девятнадцатого века и с открытием рентгеновских лучей анатомы и врачи открыли безоперационные методы, позволяющие заглянуть внутрь живого тела.С тех пор было разработано множество других методов, включая компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографию, ПЭТ-сканирование, ультрасонографию и передовые методы микроскопии, обеспечивающие более точные и подробные изображения формы и функций человеческого тела.

Вопросы по интерактивной ссылке

1. Компьютерная томография или компьютерная томография основаны на вращающемся сканере, который вращается вокруг тела пациента. Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о компьютерной томографии и компьютерной томографии. Какой вид излучения использует компьютерный томограф?

2.Пациента, проходящего МРТ, окружает сканер в форме трубки. Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о МРТ. Какова функция магнитов в МРТ?

3. В ПЭТ используются радиоактивные вещества, вводимые за несколько минут до сканирования. Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о ПЭТ. Как ПЭТ используется в химиотерапии?

Вопросы о критическом мышлении

Какой метод медицинской визуализации наиболее опасно использовать повторно и почему?

КТ-сканирование подвергает пациентов гораздо более высокому уровню излучения, чем рентгеновское, и его не следует проводить повторно.

Объясните, почему ультразвуковая визуализация является методом выбора для изучения роста и развития плода.

Ультрасонография не подвергает мать или плод воздействию радиации, радиофармпрепаратов или магнитных полей. В настоящее время нет известных медицинских рисков ультразвукового исследования.

Решения

Интерактивная ссылка Вопрос 1:

Интерактивная ссылка Вопрос 2:

• Магниты побуждают ткань излучать радиосигналы, которые могут указывать на различия между различными типами тканей.

Интерактивная ссылка Вопрос 3:

• ПЭТ-сканирование может показать, как пациенты реагируют на химиотерапию.

Методы визуализации — ERS

Рентгенография грудной клетки

Рентгенография грудной клетки (рентген) является важной частью диагностического (и мониторингового) обследования и первым шагом в радиологической оценке пациентов с подозрением на респираторные заболевания. Современная цифровая рентгенография предлагает высокое качество изображения и возможность снижения дозы облучения.

Компьютерная томография

Компьютерная томография (КТ) грудной клетки — второй по важности рентгенологический метод в респираторной медицине, позволяющий визуализировать структуры грудной клетки более детально, чем рентгенография. Это часто выполняется с усилением внутривенного контраста (например, при подозрении на тромбоэмболию легочной артерии). КТ также полезна для проведения пункционной аспирации периферических поражений легких. КТ высокого разрешения (КТВР) значительно улучшила диагностику диффузного интерстициального заболевания легких.КТ с низкой дозой используется для последующего наблюдения и серийного раннего выявления рака легких. КТ можно использовать для виртуальной бронхоскопии или ангиографии, но это не стало обычным делом. КТ применяется в сочетании с позитронно-эмиссионной томографией (ПЭТ) в основном для определения стадии рака легких и других злокачественных новообразований, а также для дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных поражений легких (рис. 2). КТ / ВРКТ почти полностью заменили бронхографию для диагностики бронхоэктазов.

Легочная и бронхиальная ангиография

Легочная ангиография и бронхиальная ангиография (вместе с эмболизацией бронхиальной артерии для лечения кровохарканья) являются инвазивными методами визуализации сосудов и используются только в том случае, если менее инвазивные методы (контрастная КТ / магнитно-резонансная томография (МРТ)) неэффективны или требуют подтверждения.

Рентгеноскопия

Рентгеноскопия (рентгеновский метод, при котором дыхательные движения визуализируются напрямую) используется в основном для контроля биопсии периферических поражений легких и для дифференциальной диагностики поднятой диафрагмы.

Магнитно-резонансная томография

MRI имеет то преимущество, что исключается облучение. Его основные показания — визуализация магистральных сосудов и сердца, но он также полезен при подозрении на инвазию опухоли в средостение и грудную стенку.

УЗИ

Ультрасонография стала важным методом визуализации. Его преимущества — отсутствие радиации, невысокая стоимость и мобильность. Он в основном используется при исследовании плевральных выпотов (в которых он также играет роль в руководстве торакоцентезом), но также при утолщении плевры, аномалиях грудной стенки, для диагностики пневмоторакса и для биопсии поражений, прилегающих к грудной стенке. Специальное приложение — эндобронхиальное ультразвуковое исследование (EBUS), которое может использоваться для визуализации лимфатических узлов средостения, а также поражений паренхимы легких.Его наиболее важным применением является забор образцов средостенных лимфатических узлов при эндоскопической постановке рака легких, где EBUS в значительной степени заменил медиастиноскопию. Эхокардиография позволяет проводить неинвазивный скрининг на легочную гипертензию, хотя для окончательного диагноза может потребоваться катетеризация правых отделов сердца.

Методы ядерной медицины

Методы ядерной медицины включают перфузионную и вентиляционную сцинтиграфию, которые в основном показаны при диагностике тромбоэмболии легочной артерии (рис. 3), а также для региональных исследований функции легких, e.грамм. для прогнозирования послеоперационной функции легких перед операцией на легких. Ингаляционная сцинтиграфия может использоваться для исследования мукоцилиарного клиренса.

См. Всю главу Принципы респираторного исследования

.

Визуализационные (радиологические) тесты на рак

Врачи используют визуализацию, чтобы сделать снимки вашего тела изнутри. Визуализирующие обследования можно использовать для поиска рака, определения степени его распространения и проверки эффективности лечения рака.

Что такое визуализирующие тесты?

Визуализирующий тест — это способ показать врачам, что происходит внутри вашего тела.Эти тесты посылают через ваше тело различные формы энергии (например, рентгеновские лучи, звуковые волны, радиоактивные частицы или магнитные поля). Ткани вашего тела изменяют энергетические узоры, создавая изображение или картинку. Эти изображения показывают, как ваши внутренности выглядят и работают, чтобы медицинские работники могли видеть изменения, которые могут быть вызваны такими заболеваниями, как рак.

Для чего используются визуализирующие тесты?

Визуализационные тесты используются для диагностики рака по-разному:

• Иногда их используют для выявления рака на ранних стадиях (когда он небольшой и не распространился), и у человека нет симптомов.Это можно назвать тестами на раннее выявление или скрининг на рак.
• Их можно использовать для поиска образования или шишки (опухоли), если у человека есть симптомы. Они также могут помочь выяснить, вызваны ли симптомы раком или другим типом заболевания.
• Иногда они могут помочь предсказать, является ли опухоль раком. Это может помочь поставщикам медицинских услуг решить, нужна ли биопсия. (При биопсии берется небольшой кусочек ткани и исследуется под микроскопом.) Биопсия почти всегда необходима, чтобы точно знать, что изменение — это рак.
• Они могут показать, где находится опухоль, даже глубоко внутри тела. Это помогает, если требуется биопсия.
• Они могут помочь выяснить стадию рака (выяснить, распространился ли рак и / или насколько далеко он распространился).
• Их можно использовать для планирования лечения, например, чтобы показать, где необходимо сфокусировать лучи лучевой терапии.
• Они могут показать, уменьшилась ли опухоль, осталась ли она такой же или выросла после лечения. Это может дать бригаде по лечению рака представление о том, насколько эффективно лечение.
• Они могут помочь выяснить, вернулся ли (рецидив) рак после лечения.

Визуализирующие исследования — это только часть диагностики и лечения рака. Полное обследование рака также включает в себя обсуждение вашей истории болезни (вопросы о ваших симптомах и факторах риска), медицинский осмотр, анализ крови или другие лабораторные анализы.

Многие поставщики медицинских услуг планируют рентген или другие методы визуализации до начала лечения. Эти изображения затем используются для отслеживания изменений во время лечения.Эти исследования называются базовыми, потому что они показывают, как все выглядело вначале. Их можно сравнить с более поздними изображениями, чтобы увидеть результаты лечения с течением времени.

Тесты на визуализацию неидеальны

Визуализирующий тест часто может быть очень полезным, но у него есть ограничения. Например, в большинстве случаев только эти тесты не могут точно показать, вызвано ли изменение раком.

Визуализирующие тесты могут обнаружить большие группы раковых клеток, но ни один визуализирующий тест не может показать одну или даже несколько раковых клеток.Фактически, нужны миллионы клеток, чтобы опухоль стала достаточно большой, чтобы ее можно было обнаружить при визуализации. Вот почему лечение может продолжаться даже тогда, когда раковые клетки больше не видны при визуализации. Цель состоит в том, чтобы получить любые выжившие раковые клетки. Даже один может вырасти и со временем превратиться в опухоль, которая снова станет достаточно большой, чтобы вызвать проблемы и / или проявиться при визуализации.

С другой стороны, иногда тесты визуализации могут показать что-то похожее на рак, но дальнейшие тесты (например, биопсия) показывают, что это не рак.

Кто проводит визуализационные тесты и кто их интерпретирует?

Врач, сертифицированный технолог или другой медицинский работник может выполнить визуализационный тест. Тест может быть проведен в больнице, специальной клинике, центре визуализации или в кабинете врача. В более крупных медицинских центрах тесты визуализации часто проводятся в отделениях радиологии или ядерной медицины.

Радиолог — это врач, специализирующийся на методах визуализации. Он или она обычно читает (интерпретирует) изображения, сделанные во время теста.Радиолог составляет отчет о результатах и ​​отправляет его вашему врачу. Копия отчета станет частью вашей истории болезни. Другие ваши врачи (онкологи, хирурги и т. Д.) Тоже могут просматривать изображения.

Виды визуализационных тестов

Для получения изображений того, что происходит внутри тела, используется множество различных видов сканирования. Некоторые из наиболее распространенных типов визуализационных тестов, способы их проведения и когда они могут вам понадобиться, можно найти в следующих разделах:

Тесты, рекомендуемые вашим лечащим врачом, могут зависеть от ряда факторов, например:

• Где опухоль и какого она типа.Некоторые визуализирующие тесты лучше подходят для определенных частей тела
• Необходима ли биопсия (образец ткани)
• Ваш возраст, пол и общее состояние здоровья
• Баланс между любыми рисками или побочными эффектами и ожидаемой пользой
• Ваши предпочтения
• Стоимость

Если у вас есть вопросы по тесту, который ваша медицинская бригада хочет, чтобы вы прошли, задайте их. Возможно, вы захотите, чтобы они объяснили, зачем вам нужен тест, что он может найти, плюсы и минусы прохождения теста и есть ли какие-либо другие варианты теста.Также не забудьте спросить о стоимости. Покроет ли ваша страховка тест? Вам нужно оформить страховку перед сдачей анализа? (Это называется предварительной сертификацией.)

.