La tomografía es la obtención de imágenes por secciones o seccionando mediante el uso de cualquier tipo de onda penetrante . El método se utiliza en radiología , arqueología , biología , ciencias atmosféricas , geofísica , oceanografía , física del plasma , ciencia de materiales , astrofísica , información cuántica y otras áreas de la ciencia. La palabra tomografía se deriva del griego antiguo τόμος tomos , "rebanada, sección" y γράφω graphō., "escribir" o, también en este contexto, "describir". Un dispositivo utilizado en tomografía se llama tomógrafo , mientras que la imagen producida es una tomografía .
En muchos casos, la producción de estas imágenes se basa en el procedimiento matemático de reconstrucción tomográfica , como la tomografía computarizada de rayos X que técnicamente se produce a partir de múltiples radiografías de proyección . Existen muchos algoritmos de reconstrucción diferentes . La mayoría de los algoritmos se dividen en una de dos categorías: retroproyección filtrada (FBP) y reconstrucción iterativa (IR). Estos procedimientos dan resultados inexactos: representan un compromiso entre la precisión y el tiempo de cálculo requerido. FBP demanda menos recursos computacionales, mientras que IR generalmente produce menos artefactos (errores en la reconstrucción) a un costo de computación más alto. [1]
Aunque la resonancia magnética y el ultrasonido son métodos de transmisión, generalmente no requieren el movimiento del transmisor para adquirir datos de diferentes direcciones. En MRI, tanto las proyecciones como los armónicos espaciales superiores se muestrean aplicando campos magnéticos que varían espacialmente; no se necesitan partes móviles para generar una imagen. Por otro lado, dado que el ultrasonido usa el tiempo de vuelo para codificar espacialmente la señal recibida, no es estrictamente un método tomográfico y no requiere adquisiciones múltiples en absoluto.
Tipos de tomografia
Nombre | Fuente de datos | Abreviatura | Año de introducción |
---|---|---|---|
Tomografía aérea | Radiación electromagnética | A | 2020 |
Tomografía con sonda atómica | Sonda de átomo | APTO | |
Espectrómetro de imágenes por tomografía computarizada [2] | Imágenes espectrales de luz visible | CTIS | |
Tomografía computarizada de quimioluminiscencia [3] [4] [5] | Llamas de quimioluminiscencia | CTC | 2009 |
Microscopía confocal (microscopía confocal de barrido láser ) | Microscopía confocal de barrido láser | LSCM | |
Tomografía electrónica criogénica | Microscopía electrónica de transmisión criogénica | CryoET | |
Tomografía de capacitancia eléctrica | Capacitancia eléctrica | ECT | 1988 [6] |
Tomografía de volumen por capacitancia eléctrica | Capacitancia eléctrica | ECVT | |
Tomografía de resistividad eléctrica | Resistividad electrica | ERT | |
Tomografía de impedancia eléctrica | Impedancia electrica | EIT | 1984 |
Tomografía electrónica | Microscopio de transmisión por electrones | ET | 1968 [7] [8] |
Tomografía de plano focal | radiografía | 1930 | |
Imagen de resonancia magnética funcional | Resonancia magnetica | fMRI | 1992 |
Tomografia hidraulica | flujo de fluido | HT | 2000 |
Imágenes microtomográficas infrarrojas [9] | Infrarrojo medio | 2013 | |
Tomografía por ablación láser | Ablación láser y microscopía fluorescente | LAT | 2013 |
Tomografía de inducción magnética | Inducción magnética | MIT | |
Imágenes de partículas magnéticas | Superparamagnetismo | MPI | 2005 |
Imágenes por resonancia magnética o tomografía por resonancia magnética nuclear | Momento magnético nuclear | MRI o MRT | |
Tomografía de muones | Muón | ||
Tomografía por microondas [10] | Microondas (radiación electromagnética de 1-10 GHz) | ||
Tomografía de neutrones | Neutrón | ||
Tomografía acústica oceánica | Sonar | AVENA | |
La tomografía de coherencia óptica | Interferometria | OCT | |
Tomografía de difusión óptica | Absorción de luz | ODT | |
Tomografía de proyección óptica | Microscopio optico | OPTAR | |
Imagen fotoacústica en biomedicina | Espectroscopía fotoacústica | PALMADITA | |
Tomografía de emisión de positrones | Emisión de positrones | MASCOTA | |
Tomografía por emisión de positrones - tomografía computarizada | Emisión de positrones y rayos X | PET-CT | |
Tomografía cuántica | Estado cuántico | QST | |
Tomografía computarizada por emisión de fotón único | Rayo gamma | SPECT | |
Tomografía sísmica | Ondas sísmicas | ||
Tomografía de terahercios | Radiación de terahercios | THz-CT | |
Imágenes termoacústicas | Espectroscopía fotoacústica | HACER ENCAJE | |
Tomografía óptica modulada por ultrasonido | Ultrasonido | UOT | |
Tomografía computarizada por ultrasonido | Ultrasonido | USCT | |
Tomografía por transmisión de ultrasonidos | Ultrasonido | ||
Tomografía computarizada de rayos x | radiografía | CT, CATScan | 1971 |
Microtomografía de rayos X | radiografía | microCT | |
Imágenes Zeeman-Doppler | Efecto Zeeman |
Algunos avances recientes se basan en el uso de fenómenos físicos integrados simultáneamente, por ejemplo, rayos X para CT y angiografía , CT / MRI combinados y CT / PET combinados .
La tomografía discreta y la tomografía geométrica , por otro lado, son áreas de investigación [ cita requerida ] que se ocupan de la reconstrucción de objetos que son discretos (como cristales) u homogéneos. Están relacionados con los métodos de reconstrucción y, como tales, no están restringidos a ninguno de los métodos de tomografía (experimentales) particulares enumerados anteriormente.
Microscopía tomográfica de rayos X sincrotrón
Una nueva técnica llamada microscopía tomográfica de rayos X sincrotrón (SRXTM) permite un escaneo tridimensional detallado de fósiles. [11] [12]
La construcción de fuentes de sincrotrón de tercera generación , combinada con la enorme mejora de la tecnología de detectores, el almacenamiento de datos y las capacidades de procesamiento desde la década de 1990, ha llevado a un impulso de la tomografía de sincrotrón de alta gama en la investigación de materiales con una amplia gama de aplicaciones diferentes, por ejemplo y análisis cuantitativo de fases, microporosidades, grietas, precipitados o granos de diferente absorción en una muestra. La radiación de sincrotrón se crea al acelerar las partículas libres en alto vacío. Según las leyes de la electrodinámica, esta aceleración conduce a la emisión de radiación electromagnética (Jackson, 1975). La aceleración lineal de partículas es una posibilidad, pero aparte de los campos eléctricos muy altos que uno necesitaría, es más práctico mantener las partículas cargadas en una trayectoria cerrada para obtener una fuente de radiación continua. Los campos magnéticos se utilizan para forzar las partículas a la órbita deseada y evitar que vuelen en línea recta. La aceleración radial asociada con el cambio de dirección genera entonces radiación. [13]
Representación de volumen
La representación de volumen es un conjunto de técnicas que se utilizan para mostrar una proyección 2D de un conjunto de datos muestreados discretamente en 3D , normalmente un campo escalar 3D . Un conjunto de datos típico 3D es un grupo de imágenes de corte 2D adquirida, por ejemplo, por un CT , MRI , o microTC escáner . Por lo general, se adquieren en un patrón regular (por ejemplo, un corte por milímetro) y generalmente tienen un número regular de píxeles de imagen en un patrón regular. Este es un ejemplo de una cuadrícula volumétrica regular, con cada elemento de volumen o vóxel representado por un valor único que se obtiene muestreando el área inmediata que rodea al vóxel.
Para renderizar una proyección 2D del conjunto de datos 3D, primero se necesita definir una cámara en el espacio en relación con el volumen. Además, es necesario definir la opacidad y el color de cada vóxel. Esto generalmente se define usando una función de transferencia RGBA (para rojo, verde, azul, alfa) que define el valor RGBA para cada posible valor de vóxel.
Por ejemplo, un volumen puede verse extrayendo isosuperficies (superficies de valores iguales) del volumen y renderizándolas como mallas poligonales o renderizando el volumen directamente como un bloque de datos. El algoritmo de cubos de marcha es una técnica común para extraer una isosuperficie de los datos de volumen. El renderizado de volumen directo es una tarea computacionalmente intensiva que se puede realizar de varias formas.
Historia
La tomografía de plano focal fue desarrollada en la década de 1930 por el radiólogo Alessandro Vallebona y resultó útil para reducir el problema de la superposición de estructuras en la radiografía proyectiva . En un artículo de 1953 en la revista médica Chest , B. Pollak del Sanatorio de Fort William describió el uso de planografía, otro término para la tomografía. [14] La tomografía de plano focal siguió siendo la forma convencional de tomografía hasta que fue reemplazada principalmente por la tomografía computarizada a fines de la década de 1970. [15] La tomografía de plano focal utiliza el hecho de que el plano focal parece más nítido, mientras que las estructuras en otros planos aparecen borrosas. Moviendo una fuente de rayos X y la película en direcciones opuestas durante la exposición, y modificando la dirección y extensión del movimiento, los operadores pueden seleccionar diferentes planos focales que contienen las estructuras de interés.
Ver también
Medios relacionados con la tomografía en Wikimedia Commons
- Imágenes químicas
- Reconstrucción 3D
- Tomografía discreta
- Tomografía geométrica
- Imágenes geofísicas
- Tomografía computarizada industrial
- Johann Radon
- Imagenes medicas
- Resonancia magnética comparada con TC
- Tomografía de red
- Nonograma , un tipo de rompecabezas basado en un modelo discreto de tomografía
- Transformada de radón
- Reconstrucción tomográfica
- Tomografía multiescala
- Voxels
Referencias
- ^ Herman, GT, Fundamentos de la tomografía computarizada: reconstrucción de imágenes a partir de la proyección, segunda edición, Springer, 2009
- ^ Ralf Habel, Michael Kudenov, Michael Wimmer: fotografía espectral práctica
- ^ J. Floyd, P. Geipel, AM Kempf (2011). "Tomografía computarizada de quimioluminiscencia (CTC): mediciones instantáneas en 3D y estudios fantasma de una llama turbulenta de chorro opuesto". Combustión y llama . 158 (2): 376–391. doi : 10.1016 / j.combustflame.2010.09.006 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Floyd J (2011). "Tomografía computarizada de quimioluminiscencia (CTC): mediciones instantáneas en 3D y estudios fantasma de una llama turbulenta de chorro opuesto". Combustión y llama . 158 (2): 376–391. doi : 10.1016 / j.combustflame.2010.09.006 .
- ^ K. Mohri, S. Görs, J. Schöler, A. Rittler, T. Dreier, C. Schulz, A. Kempf (2017). "Imágenes instantáneas en 3D de llamas muy turbulentas mediante tomografía computarizada de quimioluminiscencia". Óptica aplicada . 156 (26): 7385–7395. Código Bibliográfico : 2017ApOpt..56.7385M . doi : 10.1364 / AO.56.007385 . PMID 29048060 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Huang, SM; Plaskowski, A; Xie, CG; Beck, MS (1988). "Sistema de formación de imágenes de flujo tomográfico basado en capacitancia". Cartas de electrónica . 24 (7): 418-19. Código bibliográfico : 1988ElL .... 24..418H . doi : 10.1049 / el: 19880283 .
- ^ Crowther, RA; DeRosier, DJ; Klug, A .; S, FR (23 de junio de 1970). "La reconstrucción de una estructura tridimensional a partir de proyecciones y su aplicación a la microscopía electrónica". Proc. R. Soc. Lond. Una . 317 (1530): 319–340. Código bibliográfico : 1970RSPSA.317..319C . doi : 10.1098 / rspa.1970.0119 . ISSN 0080-4630 . S2CID 122980366 .
- ^ Tomografía electrónica: métodos para la visualización tridimensional de estructuras en la célula . Frank, J. (Joachim), 1940- (2ª ed.). Nueva York: Springer. 2006. págs. 3. ISBN 9780387690087. OCLC 262685610 .CS1 maint: otros ( enlace )
- ^ Martín; et al. (2013). "Proyección de imagen espectral 3D con espectro-microtomografía infrarroja de transformada de Fourier sincrotrón". Métodos de la naturaleza . 10 (9): 861–864. doi : 10.1038 / nmeth.2596 . PMID 23913258 . S2CID 9900276 .
- ^ Ahadi Mojtaba, Isa Maryam, Saripan M. Iqbal, Hasan WZW (2015). "Localización de tumores en tres dimensiones en imágenes confocales de microondas para la detección del cáncer de mama". Letras de tecnología óptica y de microondas . 57 (12): 2917–2929. doi : 10.1002 / mop.29470 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Donoghue; et al. (10 de agosto de 2006). "Microscopía tomográfica de rayos X de sincrotrón de embriones fósiles (carta)". Naturaleza . 442 (7103): 680–683. Código Bibliográfico : 2006Natur.442..680D . doi : 10.1038 / nature04890 . PMID 16900198 . S2CID 4411929 .
- ^ Yu, Jyao; Harankhedkar, Shefali; Nabatilan, Arielle; Fahrni, Christopher; "Imágenes de trazas de metales en sistemas biológicos" pp 81-134 en "Metales, microbios y minerales: el lado biogeoquímico de la vida" (2021) pp xiv + 341. Walter de Gruyter, Berlín. Editores Kroneck, Peter MH y Sosa Torres, Martha. DOI 10.1515 / 9783110589771-004
- ^ Banhart, John, ed. Métodos tomográficos avanzados en investigación e ingeniería de materiales. Monografías de Física y Química de Materiales. Oxford; Nueva York: Oxford University Press, 2008.
- ^ Pollak, B. (diciembre de 1953). "Experiencias con Planografía" . Pecho . 24 (6): 663–669. doi : 10.1378 / cofre.24.6.663 . ISSN 0012-3692 . PMID 13107564 . Archivado desde el original el 14 de abril de 2013 . Consultado el 10 de julio de 2011 .
- ^ Littleton, JT "Tomografía convencional" (PDF) . Una historia de las ciencias radiológicas . Sociedad Estadounidense de Rayos Roentgen . Consultado el 29 de noviembre de 2014 .
enlaces externos
- Algoritmos de reconstrucción de imágenes para microtomografía