Томография

Рис.1 : Основной принцип томографии: свободные от наложения томографические сечения S ₁ и S ₂ по сравнению с (не томографическим) проецируемым изображением P

Сагиттальная томография головы в средней плоскости методом магнитно-резонансной томографии .

Томография - это получение изображений по сечениям или с помощью проникающих волн любого типа . Метод используется в радиологии , археологии , биологии , атмосферных науках , геофизике , океанографии , физике плазмы , материаловедении , астрофизике , квантовой информации и других областях науки. Слово « томография» происходит от древнегреческого τόμος tomos , «срез, разрез» и γράφω graph., «писать» или, в данном контексте, «описывать». Устройство, используемое 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, технически производимая на основе множественных проекционных рентгенограмм . Существует множество различных алгоритмов реконструкции . Большинство алгоритмов делятся на две категории: 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, тогда как IR обычно производит меньше артефактов (ошибок при реконструкции) при более высоких вычислительных затратах. ^[1]

Хотя МРТ и ультразвук являются методами передачи, они обычно не требуют перемещения передатчика для сбора данных с разных направлений. В МРТ и проекции, и высшие пространственные гармоники измеряются путем применения пространственно-изменяющихся магнитных полей; для создания изображения не требуются движущиеся части. С другой стороны, поскольку ультразвук использует время пролета для пространственного кодирования принятого сигнала, это не совсем томографический метод и вообще не требует многократных измерений.

Виды томографии [ править ]

Имя	Источник данных	Сокращение	Год введения
Воздушная томография	Электромагнитное излучение	В	2020 г.
Атомно-зондовая томография	Атомный зонд	APT
Спектрометр компьютерной томографии и визуализации ^[2]	Спектральная визуализация в видимом свете	CTIS
Компьютерная томография хемилюминесценции ^[3]^[4]^[5]	Пламя хемилюминесценции	CTC	2009 г.
Конфокальная микроскопия ( лазерная сканирующая конфокальная микроскопия )	Лазерная сканирующая конфокальная микроскопия	LSCM
Криогенная электронная томография	Криогенная просвечивающая электронная микроскопия	КриоЭТ
Электроемкостная томография	Электрическая емкость	ECT	1988 ^[6]
Объемная электрическая емкостная томография	Электрическая емкость	ECVT
Томография электросопротивления	Удельное электрическое сопротивление	ERT
Электроимпедансная томография	Электрическое сопротивление	EIT	1984
Электронная томография	Просвечивающая электронная микроскопия	ET	1968 ^[7]^[8]
Томография фокальной плоскости	рентгеновский снимок		1930-е годы
Функциональная магнитно-резонансная томография	Магнитный резонанс	фМРТ	1992 г.
Гидравлическая томография	поток жидкости	HT	2000 г.
Инфракрасная микротомографическая визуализация ^[9]	Средний инфракрасный		2013
Лазерная абляционная томография	Лазерная абляция и флуоресцентная микроскопия	LAT	2013
Магнитно-индукционная томография	Магнитная индукция	Массачусетский технологический институт
Магнитная визуализация частиц	Суперпарамагнетизм	MPI	2005 г.
Магнитно-резонансная томография или ядерно-магнитно-резонансная томография	Ядерный магнитный момент	МРТ или МРТ
Мюонная томография	Мюон
Микроволновая томография ^[10]	СВЧ (электромагнитное излучение 1-10 ГГц)
Нейтронная томография	Нейтрон
Акустическая томография океана	Сонар	ОВС
Оптической когерентной томографии	Интерферометрия	Октябрь
Оптическая диффузионная томография	Поглощение света	ODT
Оптическая проекционная томография	Оптический микроскоп	OPT
Фотоакустическая визуализация в биомедицине	Фотоакустическая спектроскопия	PAT
Позитронно-эмиссионная томография	Позитронное излучение	ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ
Позитронно-эмиссионная томография - компьютерная томография	Позитронная эмиссия и рентгеновские лучи	ПЭТ-КТ
Квантовая томография	Квантовое состояние	QST
Однофотонная эмиссионная компьютерная томография	Гамма-луч	ОФЭКТ
Сейсмическая томография	Сейсмические волны
Терагерцовая томография	Терагерцовое излучение	ТГц-КТ
Термоакустическая визуализация	Фотоакустическая спектроскопия	ТАТ
Оптическая томография с ультразвуковой модуляцией	УЗИ	UOT
Ультразвуковая компьютерная томография	УЗИ	USCT
Ультразвуковая трансмиссионная томография	УЗИ
Рентгеновская компьютерная томография	рентгеновский снимок	КТ, CATScan	1971 г.
Рентгеновская микротомография	рентгеновский снимок	микроКТ
Зееман-доплеровская визуализация	Эффект Зеемана

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

Дискретная томография и геометрическая томография , с другой стороны, являются областями исследований ^{[ необходима цитата ],} которые имеют дело с реконструкцией объектов, которые являются дискретными (например, кристаллами) или однородными. Они связаны с методами реконструкции и, как таковые, не ограничиваются какими-либо конкретными (экспериментальными) методами томографии, перечисленными выше.

Синхротронная рентгеновская томографическая микроскопия [ править ]

Новый метод, называемый синхротронной рентгеновской томографической микроскопией (SRXTM), позволяет выполнять подробное трехмерное сканирование окаменелостей. ^[11]^[12]

Строительство синхротронных источников третьего поколенияв сочетании с огромным улучшением технологии детекторов, возможностей хранения и обработки данных с 1990-х годов привело к развитию высококачественной синхротронной томографии в исследованиях материалов с широким спектром различных приложений, например, для визуализации и количественного анализа различных поглощающих фаз, микропористость, трещины, выделения или зерна в образце. Синхротронное излучение создается за счет ускорения свободных частиц в высоком вакууме. По законам электродинамики это ускорение приводит к испусканию электромагнитного излучения (Джексон, 1975). Линейное ускорение частиц - это одна из возможностей, но помимо очень высоких электрических полей, которые могут потребоваться, более практично удерживать заряженные частицы на замкнутой траектории, чтобы получить источник непрерывного излучения.Магнитные поля используются, чтобы вывести частицы на желаемую орбиту и не дать им лететь по прямой. Радиальное ускорение, связанное с изменением направления, генерирует излучение.^[13]

Объемный рендеринг [ править ]

Несколько рентгеновских компьютерных томографов (с калибровкой количественной плотности минералов ), уложенных друг на друга, чтобы сформировать трехмерную модель.

Объемный рендеринг - это набор методов, используемых для отображения двухмерной проекции набора трехмерных дискретно дискретизированных данных , обычно трехмерного скалярного поля . Типичный набор 3D-данных - это группа 2D-изображений срезов, полученных, например, с помощью сканера КТ , МРТ или MicroCT . Обычно они получаются в виде регулярного шаблона (например, один срез на каждый миллиметр) и обычно имеют регулярное количество пикселей изображения в регулярном шаблоне. Это пример регулярной объемной сетки с каждым элементом объема или вокселем, представленным одним значением, которое получается путем выборки непосредственной области, окружающей воксель.

Чтобы визуализировать 2D-проекцию набора 3D-данных, сначала необходимо определить камеру в пространстве относительно объема. Также необходимо определить прозрачность и цвет каждого вокселя. Это, как правило , определяется с использованием RGBA (для красной, зеленой, синей, альфа) передаточной функции , которая определяет значение RGBA для каждого возможного значения воксело.

Например, объем можно просматривать, извлекая изоповерхности (поверхности с равными значениями) из объема и визуализируя их как полигональные сетки, или путем визуализации объема непосредственно как блока данных. Походные кубы алгоритм представляет собой общий метод для извлечения данных из изоповерхности объема. Прямой объемный рендеринг - это вычислительно-ресурсоемкая задача, которую можно выполнить несколькими способами.

История [ править ]

Томография фокальной плоскости была разработана в 1930-х годах радиологом Алессандро Валлебона 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. ^[14] Томография фокальной плоскости оставалась обычной формой томографии до тех пор, пока в конце 1970-х годов ее не заменила в основном компьютерная томография . ^[15]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, которые содержат интересующие структуры.

См. Также [ править ]

СМИ, связанные с томографией, на Викискладе?

Химическая визуализация
3D реконструкция
Дискретная томография
Геометрическая томография
Геофизическая съемка
Промышленное компьютерное сканирование
Иоганн Радон
Медицинская визуализация
МРТ в сравнении с КТ
Сетевая томография
Нонограмма , разновидность головоломки, основанная на дискретной модели томографии.
Преобразование радона
Томографическая реконструкция
Мультимасштабная томография
Воксели

Ссылки [ править ]

^ Герман, Г.Т., Основы компьютерной томографии: реконструкция изображения по проекции, 2-е издание, Springer, 2009 г.
^ Ральф Хабель, Майкл Куденов, Майкл Виммер: Практическая спектральная фотография
^ J. Флойд, П. Geipel, А. М. Кемпф (2011). «Компьютерная томография хемилюминесценции (CTC): мгновенные трехмерные измерения и исследования фантома турбулентного встречного струйного пламени». Горение и пламя . 158 (2): 376–391. DOI : 10.1016 / j.combustflame.2010.09.006 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Перейти ↑ Floyd J (2011). «Компьютерная томография хемилюминесценции (CTC): мгновенные трехмерные измерения и исследования фантома турбулентного встречного струйного пламени». Горение и пламя . 158 (2): 376–391. DOI : 10.1016 / j.combustflame.2010.09.006 .
^ К. Мохри, С. Gors, Дж Шёлер, А. Rittler, Т. Дрейер, С. Шульц, А. Кемпф (2017). «Мгновенное трехмерное изображение сильнотурбулентного пламени с использованием компьютерной томографии хемилюминесценции». Прикладная оптика . 156 (26): 7385–7395. Bibcode : 2017ApOpt..56.7385M . DOI : 10,1364 / AO.56.007385 . PMID 29048060 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Хуанг, SM; Пласковски, А; Се, CG; Бек, MS (1988). «Емкостная томографическая система визуализации потока». Письма об электронике . 24 (7): 418–19. Bibcode : 1988ElL .... 24..418H . DOI : 10.1049 / эл: 19880283 .
^ Кроутер, РА; ДеРозье, диджей; Klug, A .; S, FR (23 июня 1970 г.). «Реконструкция трехмерной структуры по проекциям и ее применение в электронной микроскопии». Proc. R. Soc. Лондон. . 317 (1530): 319–340. Bibcode : 1970RSPSA.317..319C . DOI : 10,1098 / rspa.1970.0119 . ISSN 0080-4630 . S2CID 122980366 .
^ Электронная томография: методы трехмерной визуализации структур в клетке . Франк, Дж. (Иоахим), 1940- (2-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. 2006. С. 3 . ISBN 9780387690087. OCLC 262685610 .CS1 maint: другие ( ссылка )
^ Мартин; и другие. (2013). "Трехмерная спектральная визуализация с помощью синхротронной инфракрасной спектромикротомографии с преобразованием Фурье". Методы природы . 10 (9): 861–864. DOI : 10.1038 / nmeth.2596 . PMID 23913258 . S2CID 9900276 .
^ Ахади Моджтабу, Иса Марьям, Saripan М. Икбал, Хасан WZW (2015). «Трехмерная локализация опухолей в конфокальной микроволновой визуализации для обнаружения рака груди». Письма о микроволновых и оптических технологиях . 57 (12): 2917–2929. DOI : 10.1002 / mop.29470 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Донохью; и другие. (10 августа 2006 г.). «Синхротронная рентгеновская томографическая микроскопия ископаемых зародышей (буква)». Природа . 442 (7103): 680–683. Bibcode : 2006Natur.442..680D . DOI : 10,1038 / природа04890 . PMID 16900198 . S2CID 4411929 .
^ Ю, Цзяо; Гаранхедкар, Шефали; Набатилан, Ариэль; Фарни, Кристофер; «Визуализация следов металлов в биологических системах», стр. 81-134 в «Металлы, микробы и минералы: биогеохимическая сторона жизни» (2021), стр. Xiv + 341. Вальтер де Грюйтер, Берлин. Редакторы Кронек, Питер М.Х. и Соса Торрес, Марта. DOI 10.1515 / 9783110589771-004
^ Банхарт, Джон, изд. Перспективные томографические методы в материаловедении и инженерии. Монографии по физике и химии материалов. Оксфорд; Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 2008.
Перейти ↑ Pollak, B. (декабрь 1953 г.). «Опыт с планографией» . Сундук . 24 (6): 663–669. DOI : 10,1378 / chest.24.6.663 . ISSN 0012-3692 . PMID 13107564 . Архивировано из оригинала на 2013-04-14 . Проверено 10 июля 2011 года .
^ Литтлтон, JT "Обычная томография" (PDF) . История радиологических наук . Американское общество рентгеновских лучей . Проверено 29 ноября 2014 года .

Внешние ссылки [ править ]

Алгоритмы реконструкции изображений для микротомографии

[ref1-1] Герман, Г.Т., Основы компьютерной томографии: реконструкция изображения по проекции, 2-е издание, Springer, 2009 г.

[2] Ральф Хабель, Майкл Куденов, Майкл Виммер: Практическая спектральная фотография

[3] J. Флойд, П. Geipel, А. М. Кемпф (2011). «Компьютерная томография хемилюминесценции (CTC): мгновенные трехмерные измерения и исследования фантома турбулентного встречного струйного пламени». Горение и пламя . 158 (2): 376–391. DOI : 10.1016 / j.combustflame.2010.09.006 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[4] Перейти ↑ Floyd J (2011). «Компьютерная томография хемилюминесценции (CTC): мгновенные трехмерные измерения и исследования фантома турбулентного встречного струйного пламени». Горение и пламя . 158 (2): 376–391. DOI : 10.1016 / j.combustflame.2010.09.006 .

[5] К. Мохри, С. Gors, Дж Шёлер, А. Rittler, Т. Дрейер, С. Шульц, А. Кемпф (2017). «Мгновенное трехмерное изображение сильнотурбулентного пламени с использованием компьютерной томографии хемилюминесценции». Прикладная оптика . 156 (26): 7385–7395. Bibcode : 2017ApOpt..56.7385M . DOI : 10,1364 / AO.56.007385 . PMID 29048060 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[6] Хуанг, SM; Пласковски, А; Се, CG; Бек, MS (1988). «Емкостная томографическая система визуализации потока». Письма об электронике . 24 (7): 418–19. Bibcode : 1988ElL .... 24..418H . DOI : 10.1049 / эл: 19880283 .

[7] Кроутер, РА; ДеРозье, диджей; Klug, A .; S, FR (23 июня 1970 г.). «Реконструкция трехмерной структуры по проекциям и ее применение в электронной микроскопии». Proc. R. Soc. Лондон. . 317 (1530): 319–340. Bibcode : 1970RSPSA.317..319C . DOI : 10,1098 / rspa.1970.0119 . ISSN 0080-4630 . S2CID 122980366 .

[8] Электронная томография: методы трехмерной визуализации структур в клетке . Франк, Дж. (Иоахим), 1940- (2-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. 2006. С. 3 . ISBN 9780387690087. OCLC 262685610 .CS1 maint: другие ( ссылка )

[9] Мартин; и другие. (2013). "Трехмерная спектральная визуализация с помощью синхротронной инфракрасной спектромикротомографии с преобразованием Фурье". Методы природы . 10 (9): 861–864. DOI : 10.1038 / nmeth.2596 . PMID 23913258 . S2CID 9900276 .

[10] Ахади Моджтабу, Иса Марьям, Saripan М. Икбал, Хасан WZW (2015). «Трехмерная локализация опухолей в конфокальной микроволновой визуализации для обнаружения рака груди». Письма о микроволновых и оптических технологиях . 57 (12): 2917–2929. DOI : 10.1002 / mop.29470 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[11] Донохью; и другие. (10 августа 2006 г.). «Синхротронная рентгеновская томографическая микроскопия ископаемых зародышей (буква)». Природа . 442 (7103): 680–683. Bibcode : 2006Natur.442..680D . DOI : 10,1038 / природа04890 . PMID 16900198 . S2CID 4411929 .

[12] Ю, Цзяо; Гаранхедкар, Шефали; Набатилан, Ариэль; Фарни, Кристофер; «Визуализация следов металлов в биологических системах», стр. 81-134 в «Металлы, микробы и минералы: биогеохимическая сторона жизни» (2021), стр. Xiv + 341. Вальтер де Грюйтер, Берлин. Редакторы Кронек, Питер М.Х. и Соса Торрес, Марта. DOI 10.1515 / 9783110589771-004

[13] Банхарт, Джон, изд. Перспективные томографические методы в материаловедении и инженерии. Монографии по физике и химии материалов. Оксфорд; Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 2008.

[14] Перейти ↑ Pollak, B. (декабрь 1953 г.). «Опыт с планографией» . Сундук . 24 (6): 663–669. DOI : 10,1378 / chest.24.6.663 . ISSN 0012-3692 . PMID 13107564 . Архивировано из оригинала на 2013-04-14 . Проверено 10 июля 2011 года .

[15] Литтлтон, JT "Обычная томография" (PDF) . История радиологических наук . Американское общество рентгеновских лучей . Проверено 29 ноября 2014 года .

[1]