Espectrómetro de imágenes de tomografía computarizada

En la parte izquierda de la imagen superior se muestra la configuración óptica de un instrumento CTIS. Un diafragma de campo se sitúa en el plano de imagen de un objetivo, tras lo cual una lente colima la luz antes de que esta atraviese un dispersor (como una rejilla o un prisma ). Finalmente, una lente de reimagen proyecta la imagen dispersa del diafragma de campo sobre un detector de gran formato.

La información que adquiere el CTIS puede considerarse como el cubo de datos tridimensional de la escena. Por supuesto, este cubo no existe en el espacio físico como los objetos mecánicos, pero esta representación ayuda a comprender intuitivamente qué captura la imagen: como se observa en la figura de la derecha, las formas en la imagen pueden considerarse proyecciones (en un sentido mecánico) del cubo de datos.

La proyección central, denominada orden cero de difracción , es la suma del cubo de datos que sigue el eje espectral (por lo tanto, esta proyección actúa como una cámara pancromática ). En la imagen del "5" de la derecha, se puede leer claramente el número en la proyección central, pero sin información sobre el espectro de la luz.

Todas las demás proyecciones resultan de "observar" el cubo oblicuamente y, por lo tanto, contienen una mezcla de información espacial y espectral. Desde un punto de vista discreto, donde el cubo de datos se considera como un conjunto de cortes espectrales (como en la figura anterior, donde dos de estos cortes están representados en púrpura y rojo), estas proyecciones pueden entenderse como una dispersión parcial de la pila de cortes, de forma similar a como un mago extiende sus cartas para que un miembro del público elija una. Es importante señalar que, para dispersiones espectrales típicas y el tamaño típico de un sensor, la información espectral de un corte dado se superpone en gran medida con la de otros cortes vecinos. En la imagen "5", se puede observar en las proyecciones laterales que el número no es claramente legible (pérdida de información espacial), pero que hay información espectral disponible (es decir, algunas longitudes de onda aparecen más brillantes que otras). Por lo tanto, la imagen contiene información multiplexada sobre el cubo de datos.

El número y la disposición de las proyecciones dependen del tipo de elemento difractor empleado. En particular, se puede capturar más de un orden de difracción. ^{[ 6 ]}

Conceptualmente, se puede considerar cada una de las proyecciones del cubo de datos de manera análoga a las proyecciones de rayos X medidas por los instrumentos de tomografía computarizada de rayos X médicos que se utilizan para estimar la distribución del volumen dentro del cuerpo de un paciente.

Por lo tanto, los algoritmos más utilizados para la reconstrucción CTIS son los mismos que los empleados en el campo de la tomografía computarizada de rayos X. En particular, el algoritmo utilizado por Descour ^{[ 12 ]} se deriva directamente de un trabajo fundamental en la reconstrucción de tomografía computarizada de rayos X. ^{[ 13 ]} Desde entonces, se han empleado técnicas ligeramente más elaboradas, ^{[ 8 ]} de la misma manera (aunque no en la misma medida) la reconstrucción de tomografía computarizada de rayos X ha mejorado desde la década de 1980.

En comparación con la tomografía computarizada (TC) de rayos X, la reconstrucción mediante tomografía computarizada intraoperatoria (CTIS) es notablemente más difícil. En particular, el número de proyecciones resultantes de una adquisición CTIS suele ser mucho menor que en la TC de rayos X. Esto da como resultado una reconstrucción más borrosa, de acuerdo con el teorema de proyección-corte . Además, a diferencia de la TC de rayos X, donde las proyecciones se adquieren alrededor del paciente, la CTIS, como todos los sistemas de imagen, solo adquiere la escena desde un único punto de vista, por lo que muchos ángulos de proyección son inaccesibles.