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.
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.
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 — 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.
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.