Tomografi

Şekil 1: Tomografinin temel prensibi: (tomografik olmayan) yansıtılan görüntü P ile karşılaştırılan süperpozisyonsuz tomografik kesitler S₁ ve S_{2 ⓘ}

Manyetik rezonans görüntüleme ile başın medyan düzlem sagital tomografisi. ⓘ

Tomografi, her türlü nüfuz eden dalgayı kullanan kesitler veya kesitlerle görüntülemedir. Bu yöntem radyoloji, arkeoloji, biyoloji, atmosfer bilimi, jeofizik, oşinografi, plazma fiziği, malzeme bilimi, astrofizik, kuantum bilgi ve diğer bilim alanlarında kullanılmaktadır. Tomografi kelimesi Eski Yunanca τόμος tomos, "dilim, kesit" ve γράφω graphō, "yazmak" veya bu bağlamda "tanımlamak" kelimelerinden türetilmiştir. Tomografide kullanılan bir cihaz tomograf, üretilen görüntü ise tomogram olarak adlandırılır. ⓘ

Birçok durumda, bu görüntülerin üretimi, teknik olarak birden fazla projeksiyonel radyografiden üretilen X-ışını bilgisayarlı tomografisi gibi matematiksel prosedür tomografik rekonstrüksiyona dayanır. Birçok farklı rekonstrüksiyon algoritması mevcuttur. Çoğu algoritma iki kategoriden birine girer: filtrelenmiş geri projeksiyon (FBP) ve iteratif rekonstrüksiyon (IR). Bu prosedürler kesin olmayan sonuçlar verir: doğruluk ve gerekli hesaplama süresi arasında bir uzlaşmayı temsil ederler. FBP daha az hesaplama kaynağı gerektirirken, IR genellikle daha yüksek bir hesaplama maliyetiyle daha az artefakt (yeniden yapılandırmada hata) üretir. ⓘ

MRG, Optik koherens tomografi ve ultrason iletim yöntemleri olmalarına rağmen, tipik olarak farklı yönlerden veri elde etmek için vericinin hareket etmesini gerektirmezler. MRG'de, uzamsal olarak değişen manyetik alanlar uygulanarak hem projeksiyonlar hem de daha yüksek uzamsal harmonikler örneklenir; bir görüntü oluşturmak için hareketli parçalara gerek yoktur. Öte yandan, ultrason ve optik koherens tomografi, alınan sinyali uzamsal olarak kodlamak için uçuş zamanını kullandığından, kesinlikle bir tomografik yöntem değildir ve birden fazla görüntü alımı gerektirmez. ⓘ

Tomografi, radyolojik teşhis yöntemidir. 1915 yılında Fransız hekim Boccage tarafından icat edilmiştir. Fakat kullanıma geçilmesi 1930'ları bulur. ⓘ

Tomografi, X ışını üreten tüp ile röntgen filmi, radyografisi elde edilmek istenen organın karşısında hareketi ile elde edilir. Yürütme hareketi, sadece bu hareketin eksenindeki düzlemlerin görüntülerini okuyacak şekilde uygulanır. Tomografi, bir organın 1 ile 2 cm kalınlığında ince dilimlerinin görüntülerini verir. Bu yolla önden arkaya, yukarıdan aşağıya ya da yatay düzlemde organın incelenebilmesi sağlanır. ⓘ

X ışınları kullanıldığı için tomografi'de de radyasyon alımı söz konusudur. Hatta normal radyolojik görüntülemeye nispeten hasta daha yoğun radyasyona maruz kalır. Tomografinin normal radyolojik görüntülemeye tercih edilmesindeki en önemli nedenlerden biri, daha yüksek kontrast elde edilmesi, bir diğeri ise kesitler şeklinde görüntü alındığı için daha detaylı inceleme yapılabilmesidir. ⓘ

Tomografi türleri

İsim	Veri kaynağı	Kısaltma	Tanıtım yılı ⓘ
Hava tomografisi	Elektromanyetik radyasyon	AT	2020
Atom prob tomografisi	Atom sondası	APT
Bilgisayarlı tomografi görüntüleme spektrometresi	Görünür ışık spektral görüntüleme	CTIS	2001
Kemilüminesansın bilgisayarlı tomografisi	Kemilüminesans Alevler	CTC	2009
Konfokal mikroskopi (Lazer taramalı konfokal mikroskopi)	Lazer taramalı konfokal mikroskopi	LSCM
Kriyojenik elektron tomografisi	Kriyojenik transmisyon elektron mikroskopisi	CryoET
Elektriksel kapasitans tomografisi	Elektriksel kapasitans	EKT	1988
Elektriksel kapasitans hacim tomografisi	Elektriksel kapasitans	ECVT
Elektriksel özdirenç tomografisi	Elektriksel direnç	ERT
Elektriksel empedans tomografisi	Elektriksel empedans	EIT	1984
Elektron tomografisi	Geçirimli elektron mikroskobu	ET	1968
Odak düzlem tomografisi	X-ışını		1930s
Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme	Manyetik rezonans	fMRI	1992
Hidrolik tomografi	akışkan akışı	HT	2000
Kızılötesi mikrotomografik görüntüleme	Orta kızılötesi		2013
Lazer Ablasyon Tomografisi	Lazer Ablasyon ve Floresan Mikroskopi	LAT	2013
Manyetik indüksiyon tomografisi	Manyetik indüksiyon	MIT
Manyetik parçacık görüntüleme	Süperparamanyetizma	MPI	2005
Manyetik rezonans görüntüleme veya nükleer manyetik rezonans tomografisi	Nükleer manyetik moment	MRI veya MRT
Çok kaynaklı tomografi	X-ışını
Muon tomografisi	Muon
Mikrodalga tomografi	Mikrodalga
Nötron tomografisi	Nötron
Nötron uyarımlı emisyon bilgisayarlı tomografi
Okyanus akustik tomografisi	Sonar	OAT
Optik koherens tomografi	İnterferometri	OCT
Optik difüzyon tomografisi	Işık emilimi	ODT
Optik projeksiyon tomografisi	Optik mikroskop	OPT
Biyomedikalde fotoakustik görüntüleme	Fotoakustik spektroskopi	PAT
Fotoemisyon Orbital Tomografi	Açı çözümlemeli fotoemisyon spektroskopisi	POT	2009
Pozitron emisyon tomografisi	Pozitron emisyonu	PET
Pozitron emisyon tomografisi - bilgisayarlı tomografi	Pozitron emisyonu ve X-ışını	PET-BT
Kuantum tomografi	Kuantum durumu	QST
Tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi	Gama ışını	SPECT
Sismik tomografi	Sismik dalgalar
Terahertz tomografi	Terahertz radyasyonu	THz-CT
Termoakustik görüntüleme	Fotoakustik spektroskopi	TAT
Ultrason modülasyonlu optik tomografi	Ultrason	UOT
Ultrason bilgisayar tomografisi	Ultrason	USCT
Ultrason iletim tomografisi	Ultrason
X-ray bilgisayarlı tomografi	X-ışını	CT, CATScan	1971
X-ışını mikrotomografisi	X-ışını	microCT
Zeeman-Doppler görüntüleme	Zeeman etkisi

Bazı yeni gelişmeler, hem BT hem de anjiyografi için X-ışınları, kombine BT/MRI ve kombine BT/PET gibi eş zamanlı entegre fiziksel olayların kullanılmasına dayanmaktadır. ⓘ

Öte yandan, ayrık tomografi ve geometrik tomografi, ayrık (kristaller gibi) veya homojen olan nesnelerin yeniden yapılandırılmasıyla ilgilenen araştırma alanlarıdır. Yeniden yapılandırma yöntemleriyle ilgilidirler ve bu nedenle yukarıda listelenen belirli (deneysel) tomografi yöntemlerinden herhangi biriyle sınırlı değildirler. ⓘ

Sinkrotron X-ışını tomografik mikroskopisi

Senkrotron X-ışını tomografik mikroskopisi (SRXTM) adı verilen yeni bir teknik, fosillerin ayrıntılı üç boyutlu taranmasına olanak tanıyor. ⓘ

Üçüncü nesil senkrotron kaynaklarının inşası, dedektör teknolojisi, veri depolama ve işlemedeki muazzam gelişmelerle birlikte 1990'lardan bu yana senkrotron tomografisinin malzeme araştırmalarında geniş bir yelpazede farklı uygulamalarla üst düzey senkrotron tomografisinin artmasına yol açmıştır, örn. bir numunedeki farklı emici fazların, mikroporozitelerin, çatlakların, çökeltilerin veya tanelerin görselleştirilmesi ve kantitatif analizi. Sinkrotron radyasyonu, serbest parçacıkların yüksek vakumda hızlandırılmasıyla oluşturulur. Elektrodinamik yasalarına göre bu hızlanma elektromanyetik radyasyon emisyonuna yol açar (Jackson, 1975). Doğrusal parçacık hızlandırma bir olasılıktır, ancak ihtiyaç duyulacak çok yüksek elektrik alanlarının yanı sıra, yüklü parçacıkları sürekli bir radyasyon kaynağı elde etmek için kapalı yörünge. Manyetik alanlar parçacıkları istenen yörüngeye zorlamak ve düz bir çizgide uçmalarını önlemek için kullanılır. Yön değişikliği ile ilişkili radyal ivme daha sonra radyasyon üretir. ⓘ

Hacim oluşturma

Birden fazla X-ray bilgisayarlı tomografi (kantitatif mineral yoğunluğu kalibrasyonu ile) bir 3D model oluşturmak için istiflenmiştir. ⓘ

Hacim oluşturma, 3B ayrı örneklenmiş bir veri setinin, tipik olarak bir 3B skaler alanın 2B projeksiyonunu görüntülemek için kullanılan bir dizi tekniktir. Tipik bir 3D veri seti, örneğin bir CT, MRI veya MicroCT tarayıcı tarafından elde edilen bir grup 2D kesit görüntüsüdür. Bunlar genellikle düzenli bir düzende (örneğin, her milimetrede bir dilim) elde edilir ve genellikle düzenli bir düzende düzenli sayıda görüntü pikseline sahiptir. Bu, her bir hacim öğesinin veya vokselin, vokselin etrafındaki yakın alanın örneklenmesiyle elde edilen tek bir değerle temsil edildiği düzenli bir hacimsel ızgara örneğidir. ⓘ

3D veri setinin 2D projeksiyonunu oluşturmak için öncelikle hacme göre uzayda bir kamera tanımlamak gerekir. Ayrıca, her vokselin opaklığını ve rengini tanımlamak gerekir. Bu genellikle her olası voksel değeri için RGBA değerini tanımlayan bir RGBA (kırmızı, yeşil, mavi, alfa için) transfer fonksiyonu kullanılarak tanımlanır. ⓘ

Örneğin, bir hacim, hacimden izo yüzeyler (eşit değerlere sahip yüzeyler) çıkarılarak ve bunlar poligonal kafesler olarak işlenerek veya hacim doğrudan bir veri bloğu olarak işlenerek görüntülenebilir. Yürüyen küpler algoritması, hacim verilerinden bir izosurface çıkarmak için kullanılan yaygın bir tekniktir. Doğrudan hacim oluşturma, çeşitli şekillerde gerçekleştirilebilen hesaplama açısından yoğun bir görevdir. ⓘ

Tarih

Odak düzlem tomografisi 1930'larda radyolog Alessandro Vallebona tarafından geliştirilmiş ve projeksiyonel radyografide yapıların üst üste binmesi sorununu azaltmada yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Fort William Sanatoryumu'ndan B. Pollak, 1953 yılında Chest adlı tıp dergisinde yayınlanan bir makalesinde, tomografi için kullanılan bir diğer terim olan planografinin kullanımını tarif etmiştir. Odak düzlem tomografisi, 1970'lerin sonlarında yerini büyük ölçüde bilgisayarlı tomografiye bırakana kadar geleneksel tomografi biçimi olarak kaldı. Odak düzlem tomografisi, diğer düzlemlerdeki yapılar bulanık görünürken odak düzleminin daha keskin görünmesi gerçeğini kullanır. Operatörler, pozlama sırasında bir X-ışını kaynağını ve filmi zıt yönlerde hareket ettirerek ve hareketin yönünü ve kapsamını değiştirerek, ilgilenilen yapıları içeren farklı odak düzlemlerini seçebilirler. ⓘ