Tomografie - Tomography
Tomografie je zobrazování sekcí nebo řezů pomocí jakéhokoli druhu pronikavé vlny . Metoda se používá v radiologii , archeologii , biologii , atmosférických vědách , geofyzice , oceánografii , fyzice plazmy , materiálových vědách , astrofyzice , kvantových informacích a dalších oblastech vědy . Slovo tomografie je odvozen od starověkého řeckého τόμος tomos , „plátek, sekce“ a γράφω graphō , „psát“ nebo v této souvislosti stejně, „popisovat.“ Zařízení používané v tomografii se nazývá tomograf , zatímco vytvořený obraz je tomogram .
V mnoha případech je produkce těchto obrazů založena na tomografickém matematickém postupu , jako je například rentgenová počítačová tomografie, která se technicky vyrábí z více projekčních rentgenových snímků . Existuje mnoho různých rekonstrukčních algoritmů . Většina algoritmů spadá do jedné ze dvou kategorií: filtrovaná zpětná projekce (FBP) a iterativní rekonstrukce (IR). Tyto postupy poskytují nepřesné výsledky: představují kompromis mezi přesností a potřebným časem výpočtu. FBP vyžaduje méně výpočetních prostředků, zatímco IR obecně produkuje méně artefaktů (chyb při rekonstrukci) za vyšší výpočetní náklady.
Ačkoli MRI a ultrazvuk jsou přenosové metody, obvykle nevyžadují pohyb vysílače k získávání dat z různých směrů. V MRI jsou projekce i vyšší prostorové harmonické vzorkovány aplikací prostorově proměnných magnetických polí; k vytvoření obrázku nejsou nutné žádné pohyblivé části. Na druhou stranu, protože ultrazvuk využívá čas letu k prostorovému kódování přijímaného signálu, nejedná se striktně o tomografickou metodu a vůbec nevyžaduje vícenásobné akvizice.
Druhy tomografie
Některé nedávné pokroky se opírají o používání současně integrovaných fyzikálních jevů, např. Rentgenové záření pro CT i angiografii , kombinované CT / MRI a kombinované CT / PET .
Diskrétní tomografie a Geometrická tomografie jsou naopak oblasti výzkumu, které se zabývají rekonstrukcí objektů, které jsou diskrétní (například krystaly) nebo homogenní. Zabývají se rekonstrukčními metodami a jako takové se neomezují na žádnou z výše uvedených konkrétních (experimentálních) tomografických metod.
Synchrotronová rentgenová tomografická mikroskopie
Nová technika zvaná synchrotronová rentgenová tomografická mikroskopie (SRXTM) umožňuje detailní trojrozměrné skenování zkamenělin.
Konstrukce synchrotronových zdrojů třetí generace v kombinaci s ohromným vylepšením detektorové technologie, možností ukládání a zpracování dat od 90. let 20. století vedla k posílení špičkové synchrotronové tomografie v materiálovém výzkumu se širokou škálou různých aplikací, např. Vizualizace a kvantitativní analýza různě absorbujících fází, mikroporéz, trhlin, sraženin nebo zrn ve vzorku. Synchrotronové záření vzniká zrychlováním volných částic ve vysokém vakuu. Podle zákonů elektrodynamiky toto zrychlení vede k emisi elektromagnetického záření (Jackson, 1975). Lineární zrychlení částic je jednou z možností, ale kromě velmi vysokých elektrických polí by bylo zapotřebí praktičtější držet nabité částice na uzavřené trajektorii, aby se získal zdroj spojitého záření. Magnetická pole slouží k přitlačení částic na požadovanou oběžnou dráhu a zabránění jejich létání v přímém směru. Radiální zrychlení spojené se změnou směru pak generuje záření.
Volume rendering
Volume rendering je sada technik používaných k zobrazení 2D projekce 3D diskrétně vzorkovaných datových sad , obvykle 3D skalárního pole . Typickou sadou 3D dat je skupina obrazů 2D řezů pořízených například skenerem CT , MRI nebo MicroCT . Ty jsou obvykle získány v pravidelném vzoru (např. Jeden řez na milimetr) a obvykle mají pravidelný počet obrazových pixelů v pravidelném vzoru. Toto je příklad pravidelné volumetrické mřížky s každým objemovým prvkem nebo voxelem reprezentovanou jedinou hodnotou, která se získá vzorkováním bezprostřední oblasti obklopující voxel.
Pro vykreslení 2D projekce 3D datové sady je třeba nejprve definovat kameru v prostoru vzhledem k objemu. Také je třeba definovat neprůhlednost a barvu každého voxelu. To je obvykle definováno pomocí přenosové funkce RGBA (pro červenou, zelenou, modrou, alfa), která definuje hodnotu RGBA pro každou možnou hodnotu voxelu.
Na svazek lze například nahlížet tak, že z objemu extrahujete isosurfaces (povrchy stejných hodnot) a vykreslíte je jako polygonální sítě nebo vykreslíte svazek přímo jako blok dat. Pochodové kostky algoritmus je běžná technika pro extrakci isosurface z objemu dat. Přímé vykreslování objemu je výpočetně náročný úkol, který lze provést několika způsoby.
Dějiny
Tomografii s fokální rovinou vyvinul ve třicátých letech minulého století radiolog Alessandro Vallebona a osvědčila se při snižování problému superpozice struktur v projekční radiografii . V článku z roku 1953 v lékařském časopise Chest B. Pollak ze sanatoria Fort William popsal použití planografie, dalšího výrazu pro tomografii. Tomografie s fokální rovinou zůstala konvenční formou tomografie, dokud nebyla na konci sedmdesátých let z velké části nahrazena převážně počítačovou tomografií . Tomografie s ohniskovou rovinou využívá skutečnosti, že ohnisková rovina vypadá ostřeji, zatímco struktury v jiných rovinách se zdají být rozmazané. Pohybem zdroje rentgenového záření a filmu v opačných směrech během expozice a změnou směru a rozsahu pohybu mohou operátoři vybrat různé ohniskové roviny, které obsahují požadované struktury.
Viz také
- Chemické zobrazování
- 3D rekonstrukce
- Diskrétní tomografie
- Geometrická tomografie
- Geofyzikální zobrazování
- Průmyslové CT skenování
- Johann Radon
- Lékařské zobrazování
- MRI ve srovnání s CT
- Síťová tomografie
- Nonogram , typ hádanky založené na diskrétním modelu tomografie
- Radonová transformace
- Tomografická rekonstrukce
- Víceúrovňová tomografie
- Voxels
Reference
externí odkazy
-
Média související s tomografií na Wikimedia Commons - Algoritmy rekonstrukce obrazu pro mikrotomografii
