トモグラフィー

トモグラフィーとは、あらゆる種類の透過波を使用した断面または区分による画像化です。この方法は、放射線学、考古学、生物学、大気科学、地球物理学、海洋学、プラズマ物理学、材料科学、宇宙化学、天体物理学、量子情報、およびその他の科学分野で使用されています。トモグラフィーという言葉は、古代ギリシャ語のτόμος tomos (スライス、セクション) と γράφω graphō (書き込む、またはこの文脈では「記述する」) に由来しています。トモグラフィーで使用される装置はトモグラフと呼ばれ、生成される画像はトモグラムと呼ばれます。

多くの場合、これらの画像の生成は、 X線コンピュータ断層撮影が技術的には複数の投影放射線写真から生成されるなど、数学的手順である断層再構成に基づいています。さまざまな再構成アルゴリズムが存在します。ほとんどのアルゴリズムは、フィルター逆投影(FBP) と反復再構成(IR)の2つのカテゴリのいずれかに分類されます。これらの手順では、精度と必要な計算時間の間の妥協点となる不正確な結果が得られます。FBP では必要な計算リソースが少なくて済みますが、IR では一般に、アーティファクト (再構成のエラー) が少なくなりますが、計算コストは高くなります。^[1]

MRI (磁気共鳴画像)、光干渉断層撮影法、超音波は送信方式ですが、通常、異なる方向からデータを取得するために送信機を動かす必要はありません。MRI では、空間的に変化する磁場を適用することで、投影と高次空間高調波の両方をサンプリングします。画像を生成するために可動部品は必要ありません。一方、超音波と光干渉断層撮影法は、飛行時間を使用して受信信号を空間的にエンコードするため、厳密には断層撮影法ではなく、複数の画像取得を必要としません。

断層撮影の種類

最近の進歩のいくつかは、 CTと血管造影の両方に X 線を使用する方法、CTとMRI を組み合わせる方法、CT とPET を組み合わせる方法など、物理現象を同時に統合して使用することに依存しています。

一方、離散トモグラフィーと幾何トモグラフィーは、離散的（結晶など）または均質なオブジェクトの再構成を扱う研究分野です^[要出典]。これらは再構成手法に関係しており、上記の特定の（実験的）トモグラフィー手法のいずれにも限定されません。

シンクロトロンX線断層顕微鏡

シンクロトロンX線断層顕微鏡（ SRXTM ）と呼ばれる新しい技術により、化石の詳細な3次元スキャンが可能になります。^[16]^[17]

1990 年代以降、第 3 世代のシンクロトロン源の構築と、検出器技術、データ保存および処理能力の大幅な改善が相まって、材料研究における高性能シンクロトロン断層撮影が促進され、さまざまな用途に利用されています。たとえば、試料内の異なる吸収相、微細孔、亀裂、沈殿物、または粒子の可視化と定量分析などです。シンクロトロン放射は、高真空中で自由粒子を加速することによって生成されます。電気力学の法則により、この加速は電磁放射の放出につながります (Jackson、1975)。線形粒子加速は 1 つの可能性ですが、非常に高い電界が必要になることとは別に、連続放射源を得るためには、荷電粒子を閉じた軌道上に保持する方が実用的です。磁場を使用して粒子を目的の軌道に押し込み、直線飛行を防ぎます。方向転換に伴う半径方向の加速により、放射が生成されます。^[18]

ボリュームレンダリング

ボリュームレンダリングは、3D 離散サンプリングデータセット(通常は 3Dスカラーフィールド)の 2D 投影を表示するために使用される一連の手法です。一般的な 3D データセットは、たとえばCT、MRI、またはMicroCT スキャナーによって取得された 2D スライス画像のグループです。これらは通常、規則的なパターン (たとえば、1 ミリメートルごとに 1 つのスライス) で取得され、規則的なパターン内に規則的な数の画像ピクセルが含まれます。これは規則的なボリュームグリッドの例であり、各ボリューム要素 (ボクセル)は、ボクセルの周囲の直接領域をサンプリングすることによって取得された単一の値で表されます。

3D データセットの 2D 投影をレンダリングするには、まずボリュームを基準とした空間内のカメラを定義する必要があります。また、各ボクセルの不透明度と色を定義する必要があります。これは通常、すべての可能なボクセル値の RGBA 値を定義するRGBA (赤、緑、青、アルファ)転送関数を使用して定義されます。

たとえば、ボリュームから等値面(等しい値を持つ面) を抽出してポリゴンメッシュとしてレンダリングするか、ボリュームを直接データブロックとしてレンダリングすることで、ボリュームを表示できます。マーチングキューブアルゴリズムは、ボリュームデータから等値面を抽出する一般的な手法です。直接ボリュームレンダリングは、計算負荷の高いタスクであり、いくつかの方法で実行できます。

歴史

焦点面断層撮影は、 1930 年代に放射線科医のアレッサンドロ・ヴァッレボナによって開発され、投影放射線撮影における構造の重なりの問題を軽減するのに役立つことが証明されました。

1953年に医学雑誌「チェスト」に発表された論文で、フォートウィリアム療養所のB.ポラックは、断層撮影法の別名であるプラノグラフィーの使用について説明しました。^[19]

焦点面断層撮影は、 1970年代後半に主にコンピュータ断層撮影に大きく置き換えられるまで、断層撮影の従来の形式であり続けました。 ^[20]焦点面断層撮影は、焦点面がより鮮明に見え、他の面の構造はぼやけて見えるという事実を利用します。露光中にX線源とフィルムを反対方向に動かし、動きの方向と範囲を変更することで、オペレーターは関心のある構造を含む異なる焦点面を選択できます。

参照

参考文献

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外部リンク

ウィキメディア・コモンズのトモグラフィー関連メディア
マイクロトモグラフィーの画像再構成アルゴリズム

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