Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Tomografía

Figura 1 : Principio básico de la tomografía: superposición de secciones transversales tomográficas libres S 1 y S 2 comparadas con la imagen proyectada (no tomográfica) P Tomog...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita
Figura 1 : Principio básico de la tomografía: superposición de secciones transversales tomográficas libres S 1 y S 2 comparadas con la imagen proyectada (no tomográfica) P
Tomografía sagital del plano medio de la cabeza mediante resonancia magnética.

La tomografía es una técnica de imagen por secciones que utiliza cualquier tipo de onda penetrante . Este método se emplea en radiología , arqueología , biología , ciencias atmosféricas , geofísica , oceanografía , física de plasmas , ciencia de materiales , cosmoquímica , astrofísica , información cuántica y otras áreas de la ciencia .

La palabra tomografía deriva del griego antiguo τόμος , tomos, que significa « corte, sección », y γράφω , graphō , que significa «escribir » o, en este contexto también, « describir » . El dispositivo utilizado en tomografía se llama tomógrafo , mientras que la imagen resultante es un tomograma .

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 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. La FBP requiere menos recursos computacionales, mientras que la IR generalmente produce menos artefactos (errores en la reconstrucción) a un mayor costo computacional. [ 1 ]

Aunque la resonancia magnética (RM ), la tomografía de coherencia óptica y la ecografía son métodos de transmisión, generalmente no requieren el movimiento del transmisor para adquirir datos desde diferentes direcciones. En la RM, tanto las proyecciones como los armónicos espaciales superiores se muestrean mediante la aplicación de campos magnéticos que varían espacialmente; no se necesitan partes móviles para generar una imagen. Por otro lado, dado que la ecografía y la tomografía de coherencia óptica utilizan el tiempo de vuelo para codificar espacialmente la señal recibida, no son estrictamente métodos tomográficos y no requieren la adquisición de múltiples imágenes.

Tipos de tomografía

Algunos avances recientes se basan en el uso de fenómenos físicos integrados simultáneamente, por ejemplo, rayos X para tomografía computarizada y angiografía , tomografía computarizada combinada con resonancia magnética y tomografía computarizada combinada con tomografía por emisión de positrones .

Por otro lado, la tomografía discreta y la tomografía geométrica son áreas de investigación que se ocupan de la reconstrucción de objetos discretos (como cristales) u homogéneos. Se centran en los métodos de reconstrucción y, por lo tanto, no se limitan a ninguno de los métodos de tomografía (experimentales) mencionados anteriormente.

Microscopía tomográfica de rayos X de sincrotrón

Una nueva técnica llamada microscopía tomográfica de rayos X de sincrotrón ( SRXTM ) permite el escaneo tridimensional detallado de fósiles. [ 16 ] [ 17 ]

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 impulsado la tomografía de sincrotrón de alta gama en la investigación de materiales, con una amplia gama de aplicaciones, como la visualización y el análisis cuantitativo de fases con diferentes niveles de absorción, microporosidades, grietas, precipitados o granos en una muestra. La radiación de sincrotrón se crea acelerando partículas libres en alto vacío. Según las leyes de la electrodinámica, esta aceleración produce la emisión de radiación electromagnética (Jackson, 1975). La aceleración lineal de partículas es una posibilidad, pero, además de los campos eléctricos muy altos que se necesitarían, es más práctico mantener las partículas cargadas en una trayectoria cerrada para obtener una fuente de radiación continua. Se utilizan campos magnéticos para forzar a las partículas a seguir la órbita deseada e impedir que se muevan en línea recta. La aceleración radial asociada al cambio de dirección genera entonces radiación. [ 18 ]

Renderizado volumétrico

Múltiples tomografías computarizadas de rayos X (con calibración cuantitativa de la densidad mineral ) apiladas para formar un modelo 3D.

La renderización volumétrica es un conjunto de técnicas utilizadas para mostrar una proyección 2D de un conjunto de datos 3D muestreado discretamente , típicamente un campo escalar 3D . Un conjunto de datos 3D típico es un grupo de imágenes de cortes 2D adquiridas, por ejemplo, mediante un escáner de TC , RM o MicroTC . Estas se adquieren generalmente siguiendo un patrón regular (por ejemplo, un corte cada milímetro) y suelen tener un número regular de píxeles de imagen con un patrón regular. Este es un ejemplo de una cuadrícula volumétrica regular, donde cada elemento de volumen, o vóxel, está representado por un único valor que se obtiene muestreando el área inmediata que rodea al vóxel.

Para generar una proyección 2D del conjunto de datos 3D, primero es necesario definir una cámara en el espacio con respecto al volumen. Además, se debe definir la opacidad y el color de cada vóxel. Esto generalmente se define mediante una función de transferencia RGBA (rojo, verde, azul, alfa) que define el valor RGBA para cada valor posible de vóxel.

Por ejemplo, un volumen puede visualizarse extrayendo isosuperficies (superficies de valores iguales) y representándolas como mallas poligonales , o bien representando el volumen directamente como un bloque de datos. El algoritmo de cubos marchantes es una técnica común para extraer una isosuperficie de datos volumétricos. La representación directa de volúmenes es una tarea computacionalmente intensiva que puede realizarse de diversas maneras.

Historia

La tomografía de plano focal fue desarrollada en la década de 1930 por el radiólogo Alessandro Vallebona y demostró ser útil para reducir el problema de la superposición de estructuras en la radiografía de proyección .

En un artículo de 1953 en la revista médica Chest , B. Pollak del Sanatorio Fort William describió el uso de la planografía, otro término para la tomografía. [ 19 ]

La tomografía de plano focal siguió siendo la forma convencional de tomografía hasta que fue reemplazada en gran medida por la tomografía computarizada a finales de la década de 1970. [ 20 ] La tomografía de plano focal se basa en el hecho de que el plano focal aparece más nítido, mientras que las estructuras en otros planos aparecen borrosas. Al mover una fuente de rayos X y la película en direcciones opuestas durante la exposición, y modificando la dirección y la amplitud del movimiento, los operadores pueden seleccionar diferentes planos focales que contengan las estructuras de interés.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Herman, Gabor T. (2009). Fundamentos de la tomografía computarizada: reconstrucción de imágenes a partir de proyecciones (2.ª  ed.). Dordrecht: Springer. ISBN 978-1-84628-723-7.
  2. ↑ Micheva, Kristina D.; Smith, Stephen J (julio de 2007). "Tomografía de matrices: una nueva herramienta para obtener imágenes de la arquitectura molecular y la ultraestructura de los circuitos neuronales" . Neuron . 55 ( 1): 25–36 . doi : 10.1016/j.neuron.2007.06.014 . PMC 2080672. PMID 17610815 .  
  3. ↑ Ford, Bridget K.; Volin, Curtis E.; Murphy, Sean M.; Lynch, Ronald M.; Descour, Michael R. (febrero de 2001). " Imágenes espectrales basadas en tomografía computarizada para microscopía de fluorescencia" . Biophysical Journal . 80 (2): 986– 993. Bibcode : 2001BpJ....80..986F . doi : 10.1016/S0006-3495(01)76077-8 . PMC 1301296. PMID 11159465 .  
  4. ↑ Floyd, J.; Geipel, P.; Kempf, AM (febrero de 2011). "Tomografía computarizada de quimioluminiscencia (CTC): mediciones instantáneas en 3D y estudios con fantomas de una llama de chorro opuesto turbulento". Combustion and Flame . 158 (2): 376– 391. doi : 10.1016/j.combustflame.2010.09.006 .
  5. ↑ Mohri, K; Görs, S; Schöler, J; Rittler, A; Dreier, T; Schulz, C; Kempf, A (10 de septiembre de 2017). "Imágenes 3D instantáneas de llamas altamente turbulentas mediante tomografía computarizada de quimioluminiscencia". Applied Optics . 56 (26): 7385– 7395. Bibcode : 2017ApOpt..56.7385M . doi : 10.1364/AO.56.007385 . PMID 29048060 . 
  6. ↑ Huang, SM; Plaskowski, A; Xie, CG; Beck, MS (1988). "Sistema de imágenes de flujo tomográfico basado en capacitancia". Electronics Letters . 24 (7): 418– 19. Bibcode : 1988ElL....24..418H . doi : 10.1049/el:19880283 .
  7. ^ Van Aarle, W.; Palenstijn, WJ.; De Beenhouwer, J; Alantzis, T; Bals, S; Batenburg, J; Sijbers, J (2015). "ASTRA Toolbox: una plataforma para el desarrollo de algoritmos avanzados en tomografía electrónica". Ultramicroscopía . 157 : 35– 47. doi : 10.1016/j.ultramic.2015.05.002 . hdl : 10067/1278340151162165141 .
  8. ↑ Crowther, RA; DeRosier, DJ; Klug, A.; S, FR (1970-06-23). ​​"La reconstrucción de una estructura tridimensional a partir de proyecciones y su aplicación a la microscopía electrónica". Proc. R. Soc. Lond. A . 317 (1530): 319– 340. Bibcode : 1970RSPSA.317..319C . doi : 10.1098/rspa.1970.0119 . ISSN 0080-4630 . S2CID 122980366 .  
  9. ↑ Tomografía electrónica: métodos para la visualización tridimensional de estructuras celulares (2.ª ed.). Nueva York: Springer. 2006. 3 págs . ISBN   9780387690087OCLC 262685610​​ 
  10. ↑ Martin, Michael C; Dabat-Blondeau, Charlotte; Unger, Miriam; Sedlmair, Julia; Parkinson, Dilworth Y; Bechtel, Hans A; Illman, Barbara; Castro, Jonathan M; Keiluweit, Marco; Buschke, David; Ogle, Brenda; Nasse, Michael J; Hirschmugl, Carol J (septiembre de 2013). "Imágenes espectrales 3D con espectromicrotomografía infrarroja de transformada de Fourier de sincrotrón". Nature Methods . 10 (9): 861– 864. doi : 10.1038/nmeth.2596 . PMID 23913258. S2CID 9900276 .  
  11. ↑ Cramer, A., Hecla, J., Wu, D. et al. Tomografía computarizada estacionaria para el espacio y otros entornos con recursos limitados. Sci Rep 8, 14195 (2018).
  12. ↑ VB Neculaes, PM Edic, M. Frontera, A. Caiafa, G. Wang y B. De Man, "Rayos X y TC multisource: lecciones aprendidas y perspectivas futuras", en IEEE Access, vol. 2, pp. 1568–1585, 2014, doi: 10.1109/ACCESS.2014.2363949.
  13. ↑ Ahadi, Mojtaba; Isa, Maryam; Saripan, M. Iqbal; Hasan, WZW (diciembre de 2015). "Localización tridimensional de tumores en imágenes de microondas confocales para la detección del cáncer de mama" (PDF) . Microwave and Optical Technology Letters . 57 (12): 2917–2929 . doi : 10.1002/mop.29470 . S2CID 122576324 . 
  14. ↑ Puschnig, P.; Berkebile, S.; Fleming, AJ; Koller, G.; Emtsev, K.; Seyller, T.; Riley, JD; Ambrosch-Draxl, C.; Netzer, FP; Ramsey, MG (30 de octubre de 2009). "Reconstrucción de densidades de orbitales moleculares a partir de datos de fotoemisión". Science . 326 (5953): 702– 706. Bibcode : 2009Sci...326..702P . doi : 10.1126/science.1176105 . PMID 19745118 . S2CID 5476218 .  
  15. ^ Van Aarle, W.; Palenstijn, WJ.; No puedo, J; Janssens, E; Bleichrodt, F; Dabravolski, A; De Beenhouwer, J; Batenburg, J; Sijbers, J (febrero de 2016). "Tomografía de rayos X rápida y flexible con ASTRA Toolbox". Óptica Express . 24 (22): 25129– 25147. doi : 10.1364/OE.24.025129 . hdl : 10067/1392160151162165141 .
  16. ↑ Donoghue, PC; Bengtson, S; Dong, XP; Gostling, NJ; Huldtgren, T; Cunningham, JA; Yin, C; Yue, Z; Peng, F; Stampanoni, M (10 de agosto de 2006). "Microscopía tomográfica de rayos X de sincrotrón de embriones fósiles". Nature . 442 (7103): 680– 3. Bibcode : 2006Natur.442..680D . doi : 10.1038/nature04890 . PMID 16900198 . S2CID 4411929 .  
  17. ↑ «Colaboradores del volumen 21» . Metales, microbios y minerales: el lado biogeoquímico de la vida . De Gruyter. 2021. págs. xix– xxii. doi : 10.1515/9783110589771-004 . ISBN  9783110588903. S2CID 243434346 . 
  18. ↑ Banhart, John, ed. Métodos tomográficos avanzados en investigación e ingeniería de materiales. Monografías sobre la física y la química de los materiales. Oxford; Nueva York: Oxford University Press, 2008.
  19. ↑ Pollak, B. (diciembre de 1953). "Experiencias con la planografía" . Chest . 24 (6): 663– 669. doi : 10.1378/chest.24.6.663 . ISSN 0012-3692 . PMID 13107564. Consultado el 10 de julio de 2011 .  {{cite journal}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
  20. ↑ Littleton, JT "Tomografía convencional" (PDF) . Historia de las ciencias radiológicas . Sociedad Americana de Rayos Roentgen . Consultado el 29 de noviembre de 2014 .
  • Logotipo de Wikimedia CommonsContenido multimedia relacionado con la tomografía en Wikimedia Commons.
  • Algoritmos de reconstrucción de imágenes para microtomografía