В даний час не повністю визначена класифікація томографічних методів дослідження з
точки зору фізичних і технічних ознак, які необхідно враховувати при проектуванні томографічних комплексів.

Зроблено спробу класифікації, в основу якої покладені такі ознаки: відмінність в розташуванні джерела випромінювання щодо області дослідження, вид випромінювання, параметр, що реконструюється, переважання процесів поглинання або процесів розсіювання, дифузія, перевипромінювання. Врахування цих ознак важливе ще і тим, що розроблені в томографії методи реконструкції зображення основані на перетворенні Радона, фізичною базою якого є експоненціальний закон ослаблення випромінювання Бугера-Ламберта-Бера для чисто поглинальних середовищ.

Всі види отримання зображення про внутрішню будову речовини основані на фізиці взаємодії випромінювання і речовини. Необхідно, щоб випромінювання проникало в тіло і частково поглиналося або розсіювалося ним, тобто тіло повинно бути напівпрозорим для випромінювання. Умова "напівпрозорості" стає очевидною при розгляді двох граничних випадків. Так, тіло абсолютно непрозоре для довгохвильового випромінювання, яке тому не можна використовувати для отримання інформації про внутрішні структури. Навряд чи можна використовувати для отримання зображень нейтрино, для яких тіло повністю прозоре.

Визначення просторового розподілу фізичного параметра ?(х,у) із співвідношення, яке отримало назву проекційного оператора, було вперше здійснено Радоном за допомогою інтегральних перетворень – методів обертання.

Якщо в діапазоні рентгенівського випромінювання експоненціальний закон ослаблення добре виконується, то в діапазоні оптичного і НВЧ-випромінювання взаємодія випромінювання з середовищем носить складніший характер, в деякій мірі присутні в основному процеси розсіювання, і експоненціальний закон ослаблення випромінювання перестає виконуватися. Внаслідок цього зникає фізична база для застосування перетворення Радона. Крім того, замість реконструкції одного невідомого фізичного параметра – коефіцієнта поглинання випромінювання, з'являється як мінімум ще один невідомий параметр – коефіцієнт розсіювання випромінювання.

У разі чисто поглинаючих середовищ перетворення Радона проводиться уздовж прямих ліній розповсюдження пучка випромінювання. Тому томографію, для якої фізичною базою є експоненціальний закон ослаблення, можна назвати умовно "лінійною" томографією. Томографію середовищ із застосуванням випромінювань, для яких переважають процеси розсіювання, дифузії, перевипромінювання і де неможливо проводити перетворення Радона уздовж прямих ліній випромінювання, можна назвати умовно "нелінійною" томографією.

Ознака класифікації: за методом відновлення томографічного зображення; за розташуванням джерела випромінювання відносно ОД; за виглядом використання фізичного випромінювання і параметра, що реконструюється; за виглядом використання фізичного ефекту (поглинання розсіювання, перевипромінювання) при взаємодії випромінювання з ОД.

Завдання томографії (точніше, зворотне завдання) для розсіювальних середовищ – реконструкція фізичного параметра, що характеризує розсіювання, за певним проекційним оператором в даний час в світі не вирішена.

Виходячи з вищевикладеного, можна провести класифікацію томографічних методів, в основу якої покладені такі ознаки: відмінність в розташуванні джерела випромінювання щодо області дослідження, вид випромінювання, параметр, що реконструюється, переважання процесів відбивання або процесів розсіювання, дифузії, перевипромінювання.

На рис. 1.13 наведена класифікація томографічних методів дослідження.

Рисунок 1.13 – Класифікація томографічних методів дослідження

ОД – об'єкт дослідження; ЯМР – ядерно-магнітний резонанс;
ЕПР – електрониний парамагнітний резонанс; П – позитронне випромінювання;
В – випромінювання; Н – нейтронне; Р – рентгенівське; С – синхронне рентгенівське; ЛВ – лазерне; НВЧ – НВЧ-випромінювання; У – ультразвукове; О – перспективні випромінювання; Т₁ – час подовжньої релаксації; Т₂ – час поперечної релаксації;
ПГ – протонна густина; ЕГ – електронна густина; КРН – концентрація радіонуклідів; ЛКО – лінійний коефіцієнт ослаблення; КР – коефіцієнт розсіювання;
ДП – діелектрична проникливість.

Трансмісійній рентгенівській КТ властивий ряд специфічних проблем, до теперішнього часу не вирішених або вирішених недостатньо ефективно.

Одна з них пов'язана з поліенергетичністю зондуючого рентгенівського випромінювання. Оскільки лінійний коефіцієнт ослаблення випромінювання, що реконструюється в рентгенівській томографії, є функцією енергії падаючого випромінювання, то одержуване в результаті відновлення зображення не відповідає ні коефіцієнту ослаблення, ні тим більше щільності речовини об'єкта. Проте для цілей медичної діагностики важливішими є не точна відповідність зображення якої-небудь конкретної фізичної характеристики, а стійка відтворюваність і зв'язок параметрів зображення з нормальною і патологічною анатомією.

Друга проблема, яка згадувалась вище, пов'язана з розсіювальним випромінюванням в речовині. Якщо при "олівцевому" тонкому промені вплив розсіюваного випромінювання не такий істотний, оскільки розсіювальні властивості середовища можна включити у визначення коефіцієнта ослаблення, а ймовірність реєстрації багаторазового розсіюваного випромінювання незначна, то в томографії з віяловим пучком ця ймовірність набагато вище і може призвести до помітних спотворень зображення.

Відмітимо, що обидві проблеми можуть бути зведені до завдання визначення нелінійності процесів реконструкції і обробки проекційних даних.

Наступна проблема трансмісійної рентгенівської КТ полягає в некоректності з математичної точки зору завдання відновлення за проекціями, що може призводити до значних шумів і артефактів на забраженні.

Є проблема специфічних артефактів у вигляді смуг в місцях різкого перепаду щільності або коефіцієнта ослаблення об'єкта, що призводить до зниження діагностичної цінності одержуваних зображень.

Результати відновлення сильно залежать від дискретизації відліків на детекторній лінійці і ракурсів проглядання об'єкту.

Існують проблеми різного ступеня труднощів, що виникають при нестачі початкових даних у разі відсічених проекцій, а також неповноти даних за кутом (ракурсом) сканування.

Всі вище перелічені проблеми, а також раніше відмічені проблеми створення систем і елементів томографа діють одночасно і часто підсилюють один одного, що ще більш ускладнює розв'язання задачі отримання якісної томограми.

ЗМІСТ