Томография

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

Имя	Источник данных	Аббревиатура	Год внедрения
Воздушная томография	Электромагнитное излучение	В	2020
Массивная томография ^[2]	Корреляционная световая и электронная микроскопия	В	2007
Атомно-зондовая томография	Атомный зонд	АПТ	1986
Спектрометр для компьютерной томографии ^[3]	видимого света Спектральная визуализация	КТИС	2001
Компьютерная томография хемилюминесценции ^[4]^[5]	Хемилюминесцентное пламя	СТС	2009
Конфокальная микроскопия ( лазерная сканирующая конфокальная микроскопия )	Лазерная сканирующая конфокальная микроскопия	ЛСКМ
Криогенная электронная томография	Криогенная трансмиссионная электронная микроскопия	КриоЭТ
Электроемкостная томография	Электрическая емкость	ДЭХ	1988 ^[6]
Электроемкостная объемная томография	Электрическая емкость	ЕСВТ
Электрорезистивная томография	Электрическое сопротивление	ЯВЛЯЮТСЯ
Электроимпедансная томография	Электрический импеданс	ВНО	1984
Электронная томография ^[7]	Просвечивающая электронная микроскопия	И	1968 ^[8]^[9]
Томография в фокальной плоскости	рентген		1930-е годы
Функциональная магнитно-резонансная томография	Магнитный резонанс	фМРТ	1992
Гамма-эмиссионная томография («Томографическое гамма-сканирование»)	Гамма-лучи	ТГС или ЭСТ
Гамма-трансмиссионная томография	Гамма-лучи	ТСТ
Гидравлическая томография	поток жидкости	ХТ	2000
Инфракрасная микротомографическая визуализация ^[10]	Средний инфракрасный		2013
Лазерная абляционная томография	Лазерная абляция и флуоресцентная микроскопия	ГОДЫ	2013
Магнитно-индукционная томография	Магнитная индукция	С
Магнитопорошковая визуализация	Суперпарамагнетизм	ИМБ	2005
Магнитно-резонансная томография или ядерно-магнитно-резонансная томография.	Ядерный магнитный момент	МРТ или МРТ
Многоисточниковая томография ^[11]^[12]	рентген
Мюонная томография	Мюон
Микроволновая томография ^[13]	Микроволновая печь
Нейтронная томография	Нейтрон
Нейтронно-стимулированная эмиссионная компьютерная томография
Акустическая томография океана	Сонар	ОАТ
Оптическая когерентная томография	Интерферометрия	октябрь
Оптическая диффузионная томография	Поглощение света	ОДТ
Оптическая проекционная томография	Оптический микроскоп	ОПТ
Фотоакустическая визуализация в биомедицине	Фотоакустическая спектроскопия	ПАТ
Фотоэмиссионная орбитальная томография	Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением	ГОРШОК	2009 ^[14]
Позитронно-эмиссионная томография	Позитронная эмиссия	ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ
Позитронно-эмиссионная томография - компьютерная томография	Позитронная эмиссия и рентгеновское излучение	ПЭТ-КТ
Квантовая томография	Квантовое состояние	QST
Однофотонная эмиссионная компьютерная томография	Гамма-лучи	ОФЭКТ
Сейсмическая томография	Сейсмические волны
Терагерцовая томография	Терагерцовое излучение	ТГц-КТ
Термоакустическая визуализация	Фотоакустическая спектроскопия	ТАТ
Оптическая томография с ультразвуковой модуляцией	УЗИ	УОТ
Ультразвуковая компьютерная томография	УЗИ	USCT
Ультразвуковая трансмиссионная томография	УЗИ
Рентгеновская компьютерная томография	рентген	КТ, КТ	1971
Рентгеновская микротомография ^[15]	рентген	микроКТ
Зееман-допплеровская визуализация	эффект Зеемана

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 являются областями исследований. С другой стороны, ^{[ нужна ссылка ]} которые занимаются реконструкцией дискретных (например, кристаллов) или однородных объектов. 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. ^[16]^[17]

Создание синхротронных источников третьего поколения в сочетании с огромным усовершенствованием 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 удерживать заряженные частицы назамкнутая траектория с целью получения источника 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. ^[18]

Объемный рендеринг

Объемный рендеринг — это набор методов, используемых для отображения 2D-проекции трехмерного с дискретной выборкой набора данных , 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 RGBA (для красного, зеленого, синего, альфа), передаточной функции которая определяет значение RGBA для каждого возможного значения вокселя.

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. ^[19]

Томография в фокальной плоскости оставалась традиционной формой томографии до тех пор, пока ее не заменила преимущественно компьютерная томография . в конце 1970-х годов ^[20] 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.

См. также

Химическая визуализация
3D реконструкция
Дискретная томография
Геометрическая томография
Геофизические изображения
Промышленная компьютерная томография
Иоганн Радон
Медицинская визуализация
Сетевая томография
Нонограмма - разновидность головоломки, основанная на дискретной модели томографии.
Преобразование радона
Томографическая реконструкция
Многомасштабная томография
Воксель

Ссылки

^ Герман, Габор Т. (2009). Основы компьютерной томографии: реконструкция изображений по проекциям (2-е изд.). Дордрехт: Спрингер. ISBN 978-1-84628-723-7 .
^ 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. дои : 10.1016/j.neuron.2007.06.014 . ПМК 2080672 . ПМИД 17610815 .
^ 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 .
^ 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. дои : 10.1016/j.combustflame.2010.09.006 .
^ Мори, К; Гёрс, С; Шёлер, Дж; Риттлер, А; Драйер, 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 .
^ 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 .
^ Ван Арл, В.; Паленстейн, штат Вашингтон; Де Батчер, Дж; Аланцис, Т; Бальс, С; Батенбург, Дж; Сийберс, Дж (2015). «ASTRA Toolbox: платформа для разработки передовых алгоритмов электронной томографии». Ультрамикроскопия . 157 : 35–47. дои : 10.1016/j.ultramic.2015.05.002 . hdl : 10067/1278340151162165141 .
^ 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 .
^ Электронная томография: методы трехмерной визуализации структур клетки (2-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. 2006. С. 3 . ISBN 9780387690087 . OCLC 262685610 .
^ 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 . ПМИД 23913258 . S2CID 9900276 .
^ 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]
^ 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]
^ 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 .
^ 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 . ПМИД 19745118 . S2CID 5476218 .
^ Ван Арл, В.; Паленстейн, штат Вашингтон; Кант, Дж; Янссенс, Э; Блейхродт, Ф; Добровольский, А; Де Батчер, 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 .
^ 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 . ПМИД 16900198 . S2CID 4411929 .
^ «Соавторы тома 21» . Металлы, микробы и минералы – биогеохимическая сторона жизни . Де Грюйтер. 2021. стр. XIX–XXII. дои : 10.1515/9783110589771-004 . ISBN 9783110588903 . S2CID 243434346 .
^ Банхарт, Джон, изд. Передовые томографические методы в исследованиях материалов и инженерии. Монографии по физике и химии материалов. Оксфорд; Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 2008.
^ Поллак, Б. (декабрь 1953 г.). «Опыты планографии» . Грудь . 24 (6): 663–669. дои : 10.1378/сундук.24.6.663 . ISSN 0012-3692 . ПМИД 13107564 . Архивировано из оригинала 14 апреля 2013 г. Проверено 10 июля 2011 г.
^ Литтлтон, Дж. Т. «Обычная томография» (PDF) . История радиологических наук . Американское общество рентгенологов . Проверено 29 ноября 2014 г.

Внешние ссылки

СМИ, связанные с томографией, на Викискладе?
Алгоритмы реконструкции изображений для микротомографии

[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. дои : 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. дои : 10.1016/j.combustflame.2010.09.006 .

[5] Мори, К; Гёрс, С; Шёлер, Дж; Риттлер, А; Драйер, 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] Ван Арл, В.; Паленстейн, штат Вашингтон; Де Батчер, Дж; Аланцис, Т; Бальс, С; Батенбург, Дж; Сийберс, Дж (2015). «ASTRA Toolbox: платформа для разработки передовых алгоритмов электронной томографии». Ультрамикроскопия . 157 : 35–47. дои : 10.1016/j.ultramic.2015.05.002 . hdl : 10067/1278340151162165141 .

[8] 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 .

[9] Электронная томография: методы трехмерной визуализации структур клетки (2-е изд.). Нью-Йорк: Спрингер. 2006. С. 3 . ISBN 9780387690087 . OCLC 262685610 .

[10] 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 . ПМИД 23913258 . S2CID 9900276 .

[11] 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]

[12] 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]

[13] 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 .

[14] 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 . ПМИД 19745118 . S2CID 5476218 .

[15] Ван Арл, В.; Паленстейн, штат Вашингтон; Кант, Дж; Янссенс, Э; Блейхродт, Ф; Добровольский, А; Де Батчер, 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, 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 . ПМИД 16900198 . S2CID 4411929 .

[17] «Соавторы тома 21» . Металлы, микробы и минералы – биогеохимическая сторона жизни . Де Грюйтер. 2021. стр. XIX–XXII. дои : 10.1515/9783110589771-004 . ISBN 9783110588903 . S2CID 243434346 .

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

[19] Поллак, Б. (декабрь 1953 г.). «Опыты планографии» . Грудь . 24 (6): 663–669. дои : 10.1378/сундук.24.6.663 . ISSN 0012-3692 . ПМИД 13107564 . Архивировано из оригинала 14 апреля 2013 г. Проверено 10 июля 2011 г.

[20] Литтлтон, Дж. Т. «Обычная томография» (PDF) . История радиологических наук . Американское общество рентгенологов . Проверено 29 ноября 2014 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]