Chụp cắt lớp (phương pháp)

Chụp cắt lớp là phương pháp chụp ảnh để thu được các hình của một hoặc nhiều cấu trúc nằm bên trong một vật thể hoặc trong một vùng không gian xác định, bằng cách nhận ảnh lần lượt của các cấu trúc cùng trên một mặt phẳng nằm trong vật thể hoặc nằm trong không gian đó, nhờ vậy có thể hình dung đầy đủ các cấu trúc cần nghiên cứu dù bị che khuất bởi các vật thể phía trước.
Giả sử có bốn hình hình học (nón, trụ, bán cầu và cầu) đựng trong một hộp che kín (xem hình 1). Nếu dùng tia xuyên thấu nhưng chụp theo phương pháp cổ điển, thì dù chụp bao nhiêu lần cũng chỉ được ảnh của các vật chồng lên nhau (ảnh P), còn nếu chụp cắt lớp hai lần thì thu được riêng rẽ hai ảnh (S1 và S2), phản ánh được hình dạng và vị trí các vật trong không gian bị che khuất. Nghĩa là phương pháp này tạo ra nhiều ảnh cắt ngang giống như cắt một ổ bánh mì thành nhiều lát để tìm hiểu mỗi lát cắt có cấu trúc như thế nào.
Phương pháp chụp cắt lớp được sử dụng ngày càng rộng rõi, thường xuyên được cải tiến và đã thu được nhiều kết quả quan trọng ở nhiều lĩnh vực rất khác nhau như: y học, khảo cổ học, sinh học, khoa học khí quyển, địa vật lý, hải dương học, nghiên cứu về plasma, khoa học vật liệu, vật lý thiên văn, v.v. nhất là sử dụng trong khoa X quang phục vụ mục đích chẩn đoán và điều trị bệnh. Hiện nay, chụp cắt lớp là phương pháp tốt nhất để thu được thông tin tối ưu về cấu trúc không gian (3D) của một số phần tử trong cả một quần thể gồm nhiều phần tử không đồng nhất.
Tổng quan.
Nguyên lý chung.
Nói chung, chụp cắt lớp bắt buộc phải dùng loại sóng có khả năng phản xạ lại hoặc loại sóng có khả năng xuyên thấu mạnh.
Nói chung, trong các phương pháp chụp cắt lớp, thì thiết bị chính được sử dụng gọi là máy chụp cắt lớp (tomograph), hình thu được gọi là ảnh cắt lớp (tomogram), còn chụp cắt lớp là cả một tiến trình (process).
Kết xuất khối.
Để có ảnh 3D tốt, người ta còn dùng phương pháp kết xuất khối ("volume rendering") là một tập hợp nhiều kỹ thuật được sử dụng để hiển thị hình chiếu 2D để tạo nên tập dữ liệu 3D được lấy mẫu riêng biệt, thường là trường vô hướng 3D. Tập dữ liệu 3D điển hình là một nhóm các hình ảnh lát cắt 2D được thu thập, ví dụ, bằng máy quét CT, MRI hoặc MicroCT. Chúng thường có được trong một mẫu thông thường (ví dụ: một lát cắt mỗi milimét) và thường có số lượng pixels hình ảnh đều đặn trong một mẫu thông thường. Đây là một ví dụ về lưới thể tích thông thường, với mỗi phần tử thể tích, hoặc voxel được biểu thị bằng một giá trị duy nhất thu được bằng cách lấy mẫu khu vực tức thì xung quanh voxel.
Ví dụ: một tập có thể được xem bằng cách trích xuất các mặt phẳng (bề mặt có giá trị bằng nhau) từ tập và hiển thị chúng dưới dạng các mắt lưới đa giác hoặc bằng cách hiển thị trực tiếp tập dưới dạng một khối dữ liệu. Thuật toán hình khối diễu hành là một kỹ thuật phổ biến để trích xuất một mặt đẳng lập từ dữ liệu thể tích. Kết xuất khối lượng trực tiếp là một nhiệm vụ tính toán chuyên sâu có thể được thực hiện theo một số cách.
Để hiển thị hình chiếu 2D của tập dữ liệu 3D, trước tiên, người ta cần xác định một máy ảnh trong không gian liên quan đến âm lượng. Ngoài ra, người ta cần xác định độ mờ và màu sắc của mọi voxel. Điều này thường được xác định bằng cách sử dụng một hàm truyền RGBA (cho màu đỏ, xanh lục, xanh lam, alpha) xác định giá trị RGBA cho mọi giá trị voxel có thể có.