stringtranslate.com

Томография

Рис.1 : Основной принцип томографии: наложение свободных томографических сечений S 1 и S 2 по сравнению с (не томографическим) проецируемым изображением P
Срединная сагиттальная томография головы с помощью магнитно-резонансной томографии

Томография — это визуализация с помощью сечений или секций, которая использует любой вид проникающей волны . Этот метод используется в радиологии , археологии , биологии , атмосферных науках , геофизике , океанографии , физике плазмы , материаловедении , космохимии , астрофизике , квантовой информации и других областях науки . Слово томография происходит от древнегреческого τόμος tomos , «срез, сечение» и γράφω graphō , «писать» или, в этом контексте, «описывать». Устройство, используемое в томографии, называется томографом , а получаемое изображение — томограммой .

Во многих случаях создание этих изображений основано на математической процедуре томографической реконструкции , например, рентгеновской компьютерной томографии, которая технически производится из нескольких проекционных рентгенограмм . Существует множество различных алгоритмов реконструкции . Большинство алгоритмов попадают в одну из двух категорий: фильтрованная обратная проекция (FBP) и итеративная реконструкция (IR). Эти процедуры дают неточные результаты: они представляют собой компромисс между точностью и требуемым временем вычислений. FBP требует меньше вычислительных ресурсов, в то время как IR обычно производит меньше артефактов (ошибок в реконструкции) при более высоких вычислительных затратах. [1]

Хотя МРТ ( магнитно-резонансная томография ), оптическая когерентная томография и ультразвук являются методами передачи, они обычно не требуют перемещения передатчика для получения данных с разных направлений. В МРТ как проекции, так и более высокие пространственные гармоники отбираются путем применения пространственно изменяющихся магнитных полей; для создания изображения не требуется никаких движущихся частей. С другой стороны, поскольку ультразвук и оптическая когерентная томография используют время пролета для пространственного кодирования полученного сигнала, это не строго томографический метод и не требует получения нескольких изображений.

Виды томографии

Некоторые недавние достижения основаны на использовании одновременно интегрированных физических явлений, например, рентгеновских лучей для КТ и ангиографии , комбинированной КТ / МРТ и комбинированной КТ/ ПЭТ .

Дискретная томография и геометрическая томография , с другой стороны, являются областями исследований [ требуется ссылка ] , которые занимаются реконструкцией объектов, которые являются дискретными (например, кристаллы) или однородными. Они связаны с методами реконструкции, и как таковые они не ограничиваются ни одним из конкретных (экспериментальных) методов томографии, перечисленных выше.

Синхротронная рентгеновская томографическая микроскопия

Новая технология, называемая синхротронной рентгеновской томографической микроскопией ( SRXTM ), позволяет проводить детальное трехмерное сканирование окаменелостей. [16] [17]

Создание источников синхротронного излучения третьего поколения в сочетании с колоссальным улучшением технологии детекторов, возможностей хранения и обработки данных с 1990-х годов привело к росту использования высококачественной синхротронной томографии в исследовании материалов с широким спектром различных приложений, например, визуализация и количественный анализ различных поглощающих фаз, микропористости, трещин, осадков или зерен в образце. Синхротронное излучение создается путем ускорения свободных частиц в высоком вакууме. По законам электродинамики это ускорение приводит к излучению электромагнитного излучения (Джексон, 1975). Линейное ускорение частиц является одной из возможностей, но помимо очень высоких электрических полей для этого потребовалось бы более практично удерживать заряженные частицы на замкнутой траектории, чтобы получить источник непрерывного излучения. Магнитные поля используются для того, чтобы заставить частицы выйти на желаемую орбиту и не дать им лететь по прямой линии. Радиальное ускорение, связанное с изменением направления, затем генерирует излучение. [18]

Объемная визуализация

Несколько рентгеновских компьютерных томографов (с количественной калибровкой плотности минералов ), сложенных для формирования трехмерной модели

Объемная визуализация — это набор методов, используемых для отображения 2D-проекции 3D-дискретно- выбранного набора данных , как правило, 3D- скалярного поля . Типичный 3D-набор данных — это группа 2D-изображений срезов, полученных, например, с помощью КТ , МРТ или микроКТ- сканера . Они обычно получаются в регулярном шаблоне (например, один срез на миллиметр) и обычно имеют регулярное количество пикселей изображения в регулярном шаблоне. Это пример регулярной объемной сетки, в которой каждый элемент объема или воксель представлен одним значением, которое получается путем выборки непосредственной области, окружающей воксель.

Для визуализации 2D-проекции набора 3D-данных сначала необходимо определить камеру в пространстве относительно объема. Также необходимо определить непрозрачность и цвет каждого воксела. Обычно это определяется с помощью функции передачи RGBA (для красного, зеленого, синего, альфа), которая определяет значение RGBA для каждого возможного значения воксела.

Например, объем можно просмотреть, извлекая изоповерхности (поверхности равных значений) из объема и визуализируя их как полигональные сетки или визуализируя объем напрямую как блок данных. Алгоритм марширующих кубов является распространенным методом извлечения изоповерхности из объемных данных. Прямой рендеринг объема является вычислительно интенсивной задачей, которая может быть выполнена несколькими способами.

История

Фокальная томография была разработана в 1930-х годах рентгенологом Алессандро Валлебона и оказалась полезной для уменьшения проблемы наложения структур в проекционной рентгенографии .

В статье 1953 года в медицинском журнале Chest Б. Поллак из санатория Форт-Уильям описал использование планографии, другого термина для томографии. [19]

Фокальная томография оставалась общепринятой формой томографии, пока в конце 1970-х годов ее в значительной степени не заменила в основном компьютерная томография . [20] Фокальная томография использует тот факт, что фокальная плоскость выглядит более четкой, в то время как структуры в других плоскостях выглядят размытыми. Перемещая источник рентгеновского излучения и пленку в противоположных направлениях во время экспозиции и изменяя направление и степень движения, операторы могут выбирать различные фокальные плоскости, которые содержат интересующие их структуры.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Герман, Габор Т. (2009). Основы компьютерной томографии: реконструкция изображений из проекций (2-е изд.). Дордрехт: Springer. ISBN 978-1-84628-723-7.
  2. ^ Мичева, Кристина Д.; Смит, Стивен Дж. (июль 2007 г.). «Матричная томография: новый инструмент для визуализации молекулярной архитектуры и ультраструктуры нейронных цепей». Neuron . 55 (1): 25–36. doi :10.1016/j.neuron.2007.06.014. PMC 2080672 . PMID  17610815. 
  3. ^ Форд, Бриджит К.; Волин, Кертис Э.; Мерфи, Шон М.; Линч, Рональд М.; Дескур, Майкл Р. (февраль 2001 г.). «Спектральная визуализация на основе компьютерной томографии для флуоресцентной микроскопии». Biophysical Journal . 80 (2): 986–993. Bibcode :2001BpJ....80..986F. doi :10.1016/S0006-3495(01)76077-8. PMC 1301296 . PMID  11159465. 
  4. ^ Флойд, Дж.; Гейпель, П.; Кемпф, А.М. (февраль 2011 г.). «Компьютерная томография хемилюминесценции (CTC): мгновенные трехмерные измерения и фантомные исследования турбулентного встречного струйного пламени». Горение и пламя . 158 (2): 376–391. doi :10.1016/j.combustflame.2010.09.006.
  5. ^ Mohri, K; Görs, S; Schöler, J; Rittler, A; Dreier, T; Schulz, C; Kempf, A (10 сентября 2017 г.). «Мгновенная 3D-визуализация высокотурбулентных пламен с использованием компьютерной томографии хемилюминесценции». Applied Optics . 56 (26): 7385–7395. Bibcode :2017ApOpt..56.7385M. doi :10.1364/AO.56.007385. PMID  29048060.
  6. ^ Хуан, SM; Пласковски, A; Се, CG; Бек, MS (1988). «Система томографической визуализации потока на основе емкости». Electronics Letters . 24 (7): 418–19. Bibcode : 1988ElL....24..418H. doi : 10.1049/el:19880283.
  7. ^ Ван Арл, В.; Паленстейн, штат Вашингтон; Де Бенхауэр, Дж; Аланцис, Т; Бальс, С; Батенбург, Дж; Сийберс, Дж (2015). «ASTRA Toolbox: платформа для разработки передовых алгоритмов электронной томографии». Ультрамикроскопия . 157 : 35–47. doi :10.1016/j.ultramic.2015.05.002. HDL : 10067/1278340151162165141 .
  8. ^ Crowther, RA; DeRosier, DJ; Klug, A.; S, FR (1970-06-23). ​​«Реконструкция трехмерной структуры по проекциям и ее применение в электронной микроскопии». Proc. R. Soc. Lond. A . 317 (1530): 319–340. Bibcode :1970RSPSA.317..319C. doi :10.1098/rspa.1970.0119. ISSN  0080-4630. S2CID  122980366.
  9. ^ Электронная томография: методы трехмерной визуализации структур в клетке (2-е изд.). Нью-Йорк: Springer. 2006. С. 3. ISBN 9780387690087. OCLC  262685610.
  10. ^ Мартин, Майкл С.; Дабат-Блондо, Шарлотта; Унгер, Мириам; Седлмайр, Джулия; Паркинсон, Дилворт И.; Бехтель, Ганс А.; Иллман, Барбара; Кастро, Джонатан М.; Кейлувайт, Марко; Бушке, Дэвид; Огл, Бренда; Нассе, Майкл Дж.; Хиршмугл, Кэрол Дж. (сентябрь 2013 г.). «3D-спектральная визуализация с помощью синхротронной инфракрасной спектромикротомографии с преобразованием Фурье». Nature Methods . 10 (9): 861–864. doi :10.1038/nmeth.2596. PMID  23913258. S2CID  9900276.
  11. ^ Крамер, А., Хекла, Дж., Ву, Д. и др. Стационарная компьютерная томография для космоса и других сред с ограниченными ресурсами. Sci Rep 8, 14195 (2018). [1]
  12. ^ VB Neculaes, PM Edic, M. Frontera, A. Caiafa, G. Wang и B. De Man, «Многоисточниковая рентгенография и КТ: извлеченные уроки и перспективы на будущее», в IEEE Access, т. 2, стр. 1568–1585, 2014, doi: 10.1109/ACCESS.2014.2363949.[2]
  13. ^ Ахади, Моджтаба; Иса, Марьям; Сарипан, М. Икбал; Хасан, ВЗВ (декабрь 2015 г.). «Трехмерная локализация опухолей в конфокальной микроволновой визуализации для обнаружения рака груди» (PDF) . Microwave and Optical Technology Letters . 57 (12): 2917–2929. doi :10.1002/mop.29470. S2CID  122576324.
  14. ^ Puschnig, P.; Berkebile, S.; Fleming, AJ; Koller, G.; Emtsev, K.; Seyller, T.; Riley, JD; Ambrosch-Draxl, C.; Netzer, FP; Ramsey, MG (30 октября 2009 г.). "Реконструкция молекулярных орбитальных плотностей по данным фотоэмиссии". Science . 326 (5953): 702–706. Bibcode :2009Sci...326..702P. doi :10.1126/science.1176105. PMID  19745118. S2CID  5476218.
  15. ^ Ван Арл, В.; Паленстейн, штат Вашингтон; Кант, Дж; Янссенс, Э; Блейхродт, Ф; Добровольский, А; Де Бенхауэр, Дж; Батенбург, Дж; Сийберс, Дж. (февраль 2016 г.). «Быстрая и гибкая рентгеновская томография с использованием ASTRA Toolbox». Оптика Экспресс . 24 : 25129–25147. дои : 10.1364/OE.24.025129. hdl : 10067/1392160151162165141 .
  16. ^ Донохью, PC; Бенгтсон, S; Донг, XP; Гостлинг, NJ; Хулдтгрен, T; Каннингем, JA; Инь, C; Юэ, Z; Пэн, F; Стампанони, M (10 августа 2006 г.). "Синхротронная рентгеновская томографическая микроскопия ископаемых эмбрионов". Nature . 442 (7103): 680–3. Bibcode :2006Natur.442..680D. doi :10.1038/nature04890. PMID  16900198. S2CID  4411929.
  17. ^ "Соавторы тома 21". Металлы, микробы и минералы - биогеохимическая сторона жизни . De Gruyter. 2021. стр. xix–xxii. doi :10.1515/9783110589771-004. ISBN 9783110588903. S2CID  243434346.
  18. ^ Банхарт, Джон, ред. Современные томографические методы в исследовании и проектировании материалов. Монографии по физике и химии материалов. Оксфорд; Нью-Йорк: Oxford University Press, 2008.
  19. ^ Pollak, B. (декабрь 1953 г.). «Experiences with Planography». Chest . 24 (6): 663–669. doi :10.1378/chest.24.6.663. ISSN  0012-3692. PMID  13107564. Архивировано из оригинала 2013-04-14 . Получено 10 июля 2011 г. .
  20. ^ Литтлтон, Дж. Т. "Обычная томография" (PDF) . История радиологических наук . Американское общество рентгенологов . Получено 29 ноября 2014 г.

Внешние ссылки