Предисловие редактора перевода

Книга Габора Хермена посвящена методам получения внутреннего строения объекта в тонком слое по совокупности проекционных данных, измеренных под многими ракурсами. Эти методы возникли независимо в различных разделах науки, однако наивысший успех и наиболее широкое применение они получили в рентгеновской реконструктивной томографии, изменив коренным образом представление о возможном и невозможном в диагностической радиологии. В настоящее время во всем мире имеется около 3000 рентгеновских томографов, конструкция которых постоянно совершенствуется. За работы в области реконструктивной томографии Алану Кормаку и Годрфи Хаунсфилду была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1979 г. В 1963 - 1964 гг. А. Кормак опубликовал две основополагающие работы по рентгеновской томографии, а Г. Хаунсфилд изготовил в 1972 г. первый комплекс из рентгеновского томографического сканера и компьютерной системы восстановления изображения по измеренным проекциям.

Автор книги Г. Хермен активно работает в области реконструктивной томографии более 10 лет и поэтому читатель знакомится с этим разделом новой техники непосредственно из первых рук. Под редакцией Г. Хермена в 1979 г. издательство «Шпрингер» выпустило сборник из шести обзоров по реконструктивной томографии (см. рецензию в журнале «Новые книги за рубежом», серия Б, 1980, № 7, с. 54 — 55).

Книга Г. Хермена представляет собой первую фундаментальную монографию, в которой подведены итоги начального, наиболее бурного этапа развития реконструктивной томографии. Эта книга, ориентированная на читателей-практиков, содержит систематическое и достаточно полное изложение алгоритмов реконструктивной томографии. Большое внимание в ней уделено вычислительным аспектам, а также проблемам, возникающим на стадии регистрации проекционных данных, реконструирования томографических изображений и системы отображения данных. К сожалению, в ней не изложены разработанные в последнее время сверхбыстрые алгоритмы реконструирования и не приведены типичные программы для ЭВМ известных алгоритмов реконструирования.

Современные методы рентгеновской реконструктивной томографии позволяют получить четкие изображения инородных включений в мягких тканях человека и животных, а также внутренних опухолей. Однако на рентгеновской томограмме отсутствует информация, которая необходима врачу для установления точного диагноза на ранней стадии болезни, например не

видны пустоты, расслоения, пространственные неоднородности и патологические изменения механических упругих свойств различных участков тела. Отмеченные слабые стороны рентгеновской реконструктивной томографии компенсируются другими методами диагностической медицины — акустоскопией и интроскопией при помощи ядерного магнитного резонанса (ЯМР-интроскопией), о которых в книге Г. Хермена упоминается во введении.

Принципиально новые возможности перед биофизикой и медициной открывает метод ЯМР-интроскопии, позволяющий получать «химическую» картину внутренних органов живого организма без вмешательства человека. В частности, было установлено экспериментально, что скорость диссипации энергии резонирующих ядер, таких, как протоны и ядра в тканях злокачественной опухоли отличается примерно в два раза от этой скорости в здоровой ткани.

Читателям, интересующимся проблемами интроскопии и применением методов интроскопии в медицине и для неразрушаюшего контроля, рекомендуем обратиться к книгам и обзорам на русском языке, список которых прилагается ниже.

Книга Г. Хермена, несомненно, будет полезна широкому кругу специалистов: физикам, биофизикам, геофизикам, а также конструкторам систем неразрушаюшего контроля и медицинской аппаратуры. Перевод книги выполнили канд. техн. наук А. Б. Мещеряков (предисловие, программа вводного двухсеместрового курса «Реконструкция изображений по проекциям», благодарности, гл. 1 - 7) и канд. физ. - мат. наук Л. В. Бабин (гл. 8 - 16).

Л. М. Сороко

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Лундин А. Г., Федин Э. И. Ядерный магнитный резонанс: Основы и применения. — Новосибирск, Наука, 1980.

Шафранова М. Г., Шафранов М. Д. Ионная медицинская радиография. — УФН, 1980, № 131, вып. 2, с. 273.

Ацаркин В А., Скроцкий Г. В., Сороко Л. М., Федин Э. И. ЯМР-интроскопия. — УФН, 1981, Me 135, вып. 2, с. 285.

Сороко Л. М. Принцип максимума энтропии и его применение для решения обратных задач. — См. сб.: ЭЧАЯ. - М.: Атомиздат, 1981, 12, № 3, с. 754.

Сороко Л. М. Интроскопия. — М.: Энергоиэдат, 1983.

Предисловие

Проблема реконструкции изображений по проекциям была поставлена независимо в ряде областей науки. Наиболее важный практический аспект этой проблемы для медицины связан с возможностью получения информации о распределении плотности разных тканей внутри организма пациента по многим проекциям, измеренным в поле рентгеновского излучения. Такой процесс получил название реконструктивной томографии. Именно реконструктивная томография произвела за последнее десятилетие подлинную революцию в радиологической диагностике, а работы по реконструктивной томографии были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за 1979 г.

В данной книге, посвященной основам реконструктивной томографии, рассмотрены математические методы и вычислительные алгоритмы, лежащие в основе получения данных и реконструкции изображений. Она написана для практиков: вопросы реализации и применений подробно обсуждены и проиллюстрированы. Особое внимание в книге уделено алгоритмам реконструкции, которые изложены в ней довольно подробно.

После краткого обзора применений реконструктивной томографии в разных областях науки (от радиоастрономии до электронной микроскопии) в книге рассмотрена рентгеновская реконструктивная томография. Затем приведены классификация и анализ алгоритмов реконструкции и рассмотрены вычислительные проблемы, возникающие при отображении результатов. Для целостности изложения математические понятия и утверждения, приведенные в достаточно строгих формулировках в основной части книги, как правило, не доказываются. Доказательства наиболее важных из них перенесены в последнюю главу книги.

Книга основана на двухсеместровом вводном курсе, который автор читал в последние три года студентам факультета вычислительной техники Университета шт. Нью-Йорк в Буффало. Материал курса постоянно пересматривался с учетом самых последних достижений. Программа этого курса, в основном совпадающая с оглавлением книги и используемая в настоящее время, приведена после предисловия.

Вопросы, затронутые в данной книге, представляют интерес для специалистов многих отраслей науки, техники и медицины. Поэтому мы избегали вводить понятия, которые нельзя считать общепризнанными, так что книга будет полезна для читателей с различной подготовкой.

Каждая глава заканчивается разделом «Примечания и ссылки». В этих разделах нет полной истории вопросов, рассмотренных в соответствующей

главе, и обычно указаны только непосредственные источники, на которых базируется изложение материала данной главы. Иногда там приведены ссылки на первые и последние работы по данному вопросу и, как правило, опущены все промежуточные ссылки. Список литературы, помешенный в конце книги, также не преследует цель в какой-то степени охватить всю литературу по обсуждаемому вопросу.

Автор начал свою деятельность в области реконструкции изображений по проекциям свыше десяти лет назад. Количество работ по данной теме в научных журналах разного профиля того времени можно было пересчитать по пальцам, причем во многих случаях авторы этих работ не знали о существовании работ других групп по той же теме. Еще тригода назад, когда работа над этой книгой .только начиналась, казалось возможным написать исчерпывающий обзор по данной теме на 400 страницах. Исследования развивались быстрее, чем работа над книгой, и поэтому она приходит к читателю только в виде вводного курса в область знания, которая возникла на стыке различных отраслей науки, техники и медицины и которая, безусловно, является самой быстро развивающейся в истории науки.