Tomograf

Unter dem Begriff Tomografie bzw. -graphie (von altgr. τομή, tome, „Schnitt“ und γράφειν, graphein, „schreiben“) werden verschiedene bildgebende Verfahren zusammengefasst, welche die räumliche Struktur eines Objektes durch ein Schichtaufnahmeverfahren ermitteln und als dreidimensionale (volumetrische) Information darstellen. Erzeugt wird eine Tomografie meist, indem das Objekt in einer Serie paralleler Querschnittbilder abgetastet wird. Die Grundlagen zur Tomografie entwickelte der Radiologe Alessandro Vallebona 1930 in Genua.

Auch einige Verfahren der Geodäsie und Geophysik lassen sich unter die tomografischen Methoden einordnen, z.B. altimetrische Methoden und das Laserscanning, bzw. bildgebende Methoden der Geoseismik und des Bodenradars.

Verfahren in der Medizin

In der Medizin sind folgende tomografischen Verfahren im Einsatz:

• die "klassische" Röntgentomographie und Radiologie
• die Ultraschalldiagnostik (Sonografie),
• die Optische Kohärenztomografie (OCT),
• die Magnetresonanztomografie (MRT, Kernspintomografie),
• die Computertomografie (CT),
• die Positronen-Emissions-Tomografie (PET),
• die Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT),
• die Elektrische Impedanz-Tomografie (EIT),
• die Elektromagnetische Impedanz Tomografie (EMIT) und
• die Neutronentomografie.

Bei den meisten Methoden der Tomografie werden Serien von Schnittbildern erzeugt, in denen jeder Bildpunkt eindeutig einem Punkt im aufgenommenen Objekt entspricht. Dadurch wird die räumliche Anordnung der Strukturen im Innern eines Organismus oder Werkstücks wiedergegeben. Man spricht von einer überlagerungsfreien Darstellung. Im Gegensatz dazu wird bei Projektionsverfahren wie der Radiografie (gewöhnliche Röntgenuntersuchung) ein Schattenbild aufgenommen, auf dem sich mehrere Strukturen überlagern, wenn sie im Strahlengang hintereinander liegen. Beispielsweise überlagern beim konventionellen Röntgenbild die Weichteile der vorderen und hinteren Brustwand und die knöchernen Strukturen des Thorax die Lungenstrukturen. Dies würde die Diagnose eines Lungentumors (z.B. Bronchialkarzinom) erschweren. Jedes CT- oder MRT-Schnittbild vom Thorax zeigt nur eine 0,5 bis 10mm dicke Schicht, also praktisch ohne Überlagerungen.

Röntgenbild (Projektionsbild) eines kleinen peripheren Bronchialkarzinoms im linken Oberlappen

Dieser Tumor im CT-Schnittbild

Aus den CT-Einzelschichten zusammengesetztes 3D-Bild

Optische Kohärenztomographie der Fingerkuppe (Leistenhaut) mit Schweißdrüsengängen, Seitenlänge 1x1mm, Tiefe ca. 600 µm

Jedes Pixel in einem Schnittbild entspricht einem Volumenelement (Voxel) des gesamten dreidimensionalen Datensatzes. Die Höhe des Voxels entspricht dabei der Schichtdicke. In der Nachbearbeitung lassen sich aus den Voxels dreidimensionale Bilder des untersuchten Objekts (Volumenrendering) oder beliebig im Raum angeordnete Schichtbilder (multiplanare Rekonstruktion) errechnen.

Verfahren in den Geowissenschaften

In anderen Gebieten der zerstörungsfreien Untersuchung werden ähnliche Verfahren angewandt, die nach vergleichbaren mathematischen Inversionsmethoden arbeiten. Diese sind:

• in der Geophysik z.B. die geoelektrische und die seismische Tomografie sowie das Bodenradar
• in der Geodäsie das Laserscanning sowie Methoden der Altimetrie und Gravimetrie

Verfahren in der Physik

• Quantenzustandstomografie, die mit ähnlichen mathematischen Methoden wie in der Medizin die vollständige Vermessung des Quantenzustandes eines Objektes (z.B. seine Dichtematrix oder seine Ort- und Impulsverteilung) ermöglicht
• Elektronentomografie, bei der die einzelnen Schnittbilder (Projektionen) mit dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) erzeugt werden.