stringtranslate.com

Томография

Рис.1 : Основной принцип томографии: томографические сечения без суперпозиции S 1 и S 2 по сравнению с (не томографическим) проецируемым изображением P
Срединная плоскостная сагиттальная томография головы методом магнитно-резонансной томографии

Томография представляет собой визуализацию по срезам или срезам, в которой используется любая проникающая волна . Метод используется в радиологии , археологии , биологии , науке об атмосфере , геофизике , океанографии , физике плазмы , материаловедении , космохимии , астрофизике , квантовой информации и других областях науки . Слово томография происходит от древнегреческого τόμος tomos — «срез, разрез» и γράφωgraphō — «писать» или, в данном контексте, «описывать». Прибор, используемый в томографии, называется томографом , а получаемое изображение — томограммой .

Во многих случаях создание этих изображений основано на математической процедуре томографической реконструкции , такой как рентгеновская компьютерная томография, которая технически создается на основе нескольких проекционных рентгенограмм . Существует множество различных алгоритмов реконструкции . Большинство алгоритмов относятся к одной из двух категорий: обратная проекция с фильтром (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 в разных направлениях. При МРТ как проекции, так и высшие пространственные гармоники собираются путем применения пространственно изменяющихся магнитных полей; для создания изображения не требуются движущиеся части. С другой стороны, поскольку ультразвук и оптическая когерентная томография используют времяпролетное кодирование полученного сигнала, это не является строго томографическим методом и не требует многократного получения 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 [ нужна ссылка ] , которые занимаются реконструкцией объектов, которые являются дискретными (например, кристаллы) или однородными. Они касаются методов реконструкции и, как таковые, не ограничиваются ни одним из конкретных (экспериментальных) методов томографии, перечисленных выше.

Синхротронная рентгеновская томографическая микроскопия

Новый метод, называемый синхротронной рентгеновской томографической микроскопией ( SRXTM ), позволяет проводить детальное трехмерное сканирование окаменелостей. [14] [15]

Создание синхротронных источников третьего поколения в сочетании с огромным улучшением технологии детекторов, возможностей хранения и обработки данных с 1990-х годов привело к развитию высокотехнологичной синхротронной томографии в исследованиях материалов с широким спектром различных приложений, например, для визуализации. и количественный анализ различных поглощающих фаз, микропор, трещин, выделений 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 сильных электрических полей, более практично будет удерживать заряженные частицы на замкнутой траектории, чтобы получить источник непрерывного излучения. Магнитные поля используются для того, чтобы заставить частицы выйти на нужную орбиту и не дать им лететь по прямой. Радиальное ускорение, связанное с изменением направления, генерирует излучение. [16]

Объемный рендеринг

Несколько рентгеновских компьютерных томографов (с количественной калибровкой минеральной плотности ), сложенных друг на друга для формирования 3D-модели.

Объемный рендеринг — это набор методов, используемых для отображения 2D-проекции трехмерного набора данных с дискретной выборкой , обычно трехмерного скалярного поля . Типичный набор 3D-данных представляет собой группу 2D-изображений срезов, полученных, например, с помощью КТ , МРТ или микроКТ- сканера . Они обычно получаются по регулярному шаблону (например, один срез на каждый 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, полученным путем выборки непосредственной области, окружающей воксель.

Чтобы визуализировать 2D-проекцию набора 3D-данных, сначала необходимо определить камеру в пространстве относительно объема. Кроме того, необходимо определить непрозрачность и цвет каждого воксела. Обычно это определяется с помощью передаточной функции 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 непосредственно как блок данных. Алгоритм марширующих кубов — это распространенный метод извлечения изоповерхности из объемных данных. Прямой объемный рендеринг — это трудоемкая задача, которую можно выполнить несколькими способами.

История

Томография фокальной плоскости была разработана в 1930-х годах радиологом Алессандро Валлебоной и оказалась полезной для решения 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. [17]

Томография в фокальной плоскости оставалась традиционной формой томографии до тех пор, пока в конце 1970-х годов ее не заменила преимущественно компьютерная томография . [18] Томография фокальной плоскости использует тот факт, что фокальная плоскость кажется более резкой, в то время как структуры в других плоскостях кажутся размытыми. Перемещая источник рентгеновского излучения и пленку в противоположных направлениях во время экспонирования и изменяя направление и степень движения, операторы могут выбирать разные фокальные плоскости, содержащие интересующие структуры.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Герман, Габор Т. (2009). Основы компьютерной томографии: реконструкция изображений по проекциям (2-е изд.). Дордрехт: Спрингер. 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». Нейрон . 55 (1): 25–36. doi :10.1016/j.neuron.2007.06.014. ПМК 2080672 . ПМИД  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». Биофизический журнал . 80 (2): 986–993. Бибкод : 2001BpJ....80..986F. дои : 10.1016/S0006-3495(01)76077-8. ПМК 1301296 . ПМИД  11159465. 
  4. ^ Флойд, Дж.; Гейпель, П.; Кемпф, AM (февраль 2011 г.). «Компьютерная томография хемилюминесценции (КТК): мгновенные трехмерные измерения и фантомные исследования турбулентного пламени встречной струи». Горение и пламя . 158 (2): 376–391. doi : 10.1016/j.combustflame.2010.09.006.
  5. ^ Мори, К; Гёрс, С; Шёлер, Дж; Риттлер, А; Дрейер, Т; Шульц, К; Кемпф, А. (10 сентября 2017 г.). «Мгновенное трехмерное изображение высокотурбулентного пламени с использованием компьютерной томографии хемилюминесценции». Прикладная оптика . 56 (26): 7385–7395. Бибкод : 2017ApOpt..56.7385M. дои : 10.1364/AO.56.007385. ПМИД  29048060.
  6. ^ Хуанг, С.М.; Пласковский, А; Се, CG; Бек, MS (1988). «Система томографической визуализации потока на основе емкости». Электронные письма . 24 (7): 418–19. Бибкод : 1988ElL....24..418H. дои : 10.1049/эл: 19880283.
  7. ^ Кроутер, РА; ДеРозье, диджей; Клюг, А.; С, Франция (23 июня 1970 г.). «Реконструкция трехмерной структуры по проекциям и ее применение в электронной микроскопии». Учеб. Р. Сок. Лонд. А. _ 317 (1530): 319–340. Бибкод : 1970RSPSA.317..319C. дои : 10.1098/rspa.1970.0119. ISSN  0080-4630. S2CID  122980366.
  8. ^ Электронная томография: методы трехмерной визуализации структур клетки (2-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. 2006. стр. 3. ISBN. 9780387690087. ОКЛК  262685610.
  9. ^ Мартин, Майкл С; Даба-Блондо, Шарлотта; Унгер, Мириам; Седлмайр, Джулия; Паркинсон, Дилворт Ю.; Бектель, Ганс А; Иллман, Барбара; Кастро, Джонатан М; Кейлувейт, Марко; Бушке, Дэвид; Огл, Бренда; Нассе, Майкл Дж; Хиршмугль, Кэрол Дж (сентябрь 2013 г.). «3D-спектральная визуализация с помощью синхротронной инфракрасной спектро-микротомографии с преобразованием Фурье». Природные методы . 10 (9): 861–864. дои : 10.1038/nmeth.2596. PMID  23913258. S2CID  9900276.
  10. ^ Крамер А., Гекла Дж., Ву Д. и др. Стационарная компьютерная томография для космоса и других сред с ограниченными ресурсами. Sci Rep 8, 14195 (2018). [1]
  11. ^ В. Б. Некулаес, П. М. Эдик, М. Фронтера, А. Кайафа, Г. Ван и Б. Де Ман, «Многоисточниковый рентген и КТ: извлеченные уроки и перспективы на будущее», в IEEE Access, vol. 2, стр. 1568–1585, 2014 г., doi: 10.1109/ACCESS.2014.2363949.[2]
  12. ^ Ахади, Моджтаба; Иса, Марьям; Сарипан, М. Икбал; Хасан, WZW (декабрь 2015 г.). «Трехмерная локализация опухолей при конфокальной микроволновой визуализации для выявления рака молочной железы» (PDF) . Письма о микроволновых и оптических технологиях . 57 (12): 2917–2929. дои : 10.1002/mop.29470. S2CID  122576324.
  13. ^ Пушниг, П.; Беркебиле, С.; Флеминг, Эй Джей; Коллер, Г.; Емцев, К.; Сейллер, Т.; Райли, доктор юридических наук; Амброш-Драксль, К.; Нетцер, Ф.П.; Рэмси, МГ (30 октября 2009 г.). «Реконструкция молекулярных орбитальных плотностей по данным фотоэмиссии». Наука . 326 (5953): 702–706. Бибкод : 2009Sci...326..702P. дои : 10.1126/science.1176105. PMID  19745118. S2CID  5476218.
  14. ^ Донохью, ПК; Бенгтсон, С; Донг, XP; Гостлинг, Нью-Джерси; Хульдтгрен, Т; Каннингем, Дж.А.; Инь, С; Юэ, З; Пэн, Ф; Стампанони, М. (10 августа 2006 г.). «Синхротронная рентгеновская томографическая микроскопия ископаемых эмбрионов». Природа . 442 (7103): 680–3. Бибкод : 2006Natur.442..680D. дои : 10.1038/nature04890. PMID  16900198. S2CID  4411929.
  15. ^ «Соавторы тома 21» . Металлы, микробы и минералы – биогеохимическая сторона жизни . Де Грютер. 2021. стр. XIX–XXII. дои : 10.1515/9783110589771-004. ISBN 9783110588903. S2CID  243434346.
  16. ^ Банхарт, Джон, изд. Передовые томографические методы в исследованиях материалов и инженерии. Монографии по физике и химии материалов. Оксфорд; Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 2008.
  17. ^ Поллак, Б. (декабрь 1953 г.). «Опыт планографии». Грудь . 24 (6): 663–669. дои : 10.1378/сундук.24.6.663. ISSN  0012-3692. PMID  13107564. Архивировано из оригинала 14 апреля 2013 г. Проверено 10 июля 2011 г.
  18. ^ Литтлтон, Дж. Т. «Обычная томография» (PDF) . История радиологических наук . Американское общество рентгенологов . Проверено 29 ноября 2014 г.

Внешние ссылки