Tomografie: hoe je in lagen naar binnen kunt kijken zonder iets open te snijden

Bijgewerkt: 5 augustus 2026 · 5 min leestijd

Stel je een brood voor. Om te weten wat er precies in de kern zit, zou je het normaal doorsnijden. Maar wat als je het brood intact wilt houden en tóch elke plak wilt zien? Dat is in de kern wat tomografie doet: het maakt "virtuele plakjes" van een object, zonder dat er iets kapot hoeft. De term komt van het Griekse tomos (snede) en graphein (schrijven of tekenen) – letterlijk dus "in sneden tekenen".

De bekendste toepassing is de CT-scan in het ziekenhuis, waarbij een röntgenbuis om je hoofd of buik draait en een computer daaruit dwarsdoorsneden van je lichaam berekent. Maar tomografie is veel breder dan medische beeldvorming alleen: geologen gebruiken een vergelijkbaar principe om de binnenkant van de aarde in kaart te brengen, natuurkundigen om piramides te doorlichten met kosmische straling, en biologen om de bouw van eiwitten en virussen te onthullen. Wat al deze technieken gemeen hebben, is het idee dat je van buitenaf metingen doet en daaruit met wiskunde een beeld van de binnenkant reconstrueert.

Wat is het precies?

Het basisidee van tomografie is verrassend simpel, ook al is de wiskunde erachter behoorlijk pittig. Je stuurt een vorm van straling of golven – röntgenstraling, geluid, elektronen, kosmische deeltjes – door een object heen, vanuit heel veel verschillende hoeken. Aan de andere kant meet een detector hoeveel van die straling erdoorheen komt, vertraagd wordt of van richting verandert.

Dichtere of andere materialen laten minder straling door, of vertragen golven meer. Door dat vanuit tientallen tot duizenden hoeken te meten, ontstaat een enorme hoeveelheid data: een soort schaduwbeelden onder elke denkbare hoek. Een computer voert vervolgens een wiskundige bewerking uit die bekendstaat als de Radon-transformatie (vernoemd naar de Oostenrijkse wiskundige Johann Radon, die het principe al in 1917 beschreef) om uit al die schaduwen een dwarsdoorsnede te reconstrueren. Dit proces heet terugprojectie: elke meting wordt als het ware teruggeprojecteerd op een virtueel rooster, en waar alle projecties elkaar overlappen, ontstaat het beeld.

Er bestaan veel varianten, afhankelijk van wat je door het object heen stuurt. Röntgenstraling geeft de klassieke CT-scan. Geluidsgolven leveren echografische of seismische tomografie op. Elektronen geven elektronentomografie, gebruikt om cellen en moleculen te bestuderen. Kosmische deeltjes, zogeheten muonen, kunnen zelfs door piramides of vulkanen heen kijken. Het reconstructieprincipe – meten vanuit veel hoeken, wiskundig terugrekenen naar een doorsnede – blijft steeds hetzelfde.

Wat wil men ermee bereiken?

De centrale belofte van tomografie is dat je de binnenkant van iets kunt zien zonder het te vernietigen of open te maken. In de geneeskunde betekent dat een tumor, breuk of bloeding opsporen zonder een patiënt open te hoeven opereren. In de materiaalkunde betekent het scheurtjes of luchtbelletjes in een 3D-geprint onderdeel vinden voordat het faalt in een vliegtuigmotor.

Op grotere schaal proberen onderzoekers met tomografie processen te doorgronden die anders onzichtbaar blijven: hoe stroomt gesmolten gesteente diep in de aarde, hoe is een eiwit in drie dimensies gevouwen, wat zit er verborgen in een archeologische vondst. De gemeenschappelijke drijfveer is dus niet-invasief inzicht: kennis vergaren zonder schade aan te richten aan wat je onderzoekt.

Daarnaast speelt precisie een grote rol. Een plat röntgenbeeld projecteert alles over elkaar heen, waardoor structuren elkaar kunnen verbergen. Tomografie ontrafelt die diepte-informatie, wat cruciaal is wanneer de exacte locatie en vorm van iets – een tumor, een scheur, een aardlaag – het verschil maakt tussen een goede en een verkeerde beslissing.

Voorbeelden uit de praktijk

De geboorte van medische tomografie ligt bij de Britse ingenieur Godfrey Hounsfield en de Zuid-Afrikaans-Amerikaanse natuurkundige Allan Cormack, die onafhankelijk van elkaar de wiskundige en technische basis legden voor de CT-scan. De eerste klinische CT-scan werd in 1971 gemaakt in een Londens ziekenhuis; in 1979 kregen beiden hiervoor de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde.

In de geowetenschappen gebruiken onderzoekers seismische tomografie om met de trillingen van aardbevingen dwarsdoorsneden van de aarde te maken, vergelijkbaar met een CT-scan maar dan met golven die duizenden kilometers door gesteente reizen. Zo hebben geofysici mantelpluimen onder Hawaï en IJsland in kaart gebracht: hete, opstijgende gesteentestromen die vulkanisme aandrijven.

Een spraakmakend project is ScanPyramids, waarbij Franse en Japanse onderzoekers (CEA en Nagoya University) tussen 2015 en 2017 muonentomografie gebruikten om de Grote Piramide van Gizeh te doorlichten. Muonen zijn deeltjes die ontstaan wanneer kosmische straling de dampkring raakt en die moeiteloos door honderden meters steen dringen. Het team ontdekte zo in 2017 een tot dan toe onbekende, grote lege ruimte boven de Grote Galerij, de zogeheten "Big Void".

In de celbiologie maakte cryo-elektronentomografie de laatste tien jaar een enorme sprong. Onderzoekers koelen biologisch materiaal razendsnel in tot bijna het absolute nulpunt en maken er vervolgens elektronenmicroscopische opnamen van vanuit tientallen hoeken. Zo werd onder meer de driedimensionale structuur van het spike-eiwit van SARS-CoV-2 in 2020 razendsnel opgehelderd, wat direct bijdroeg aan de ontwikkeling van vaccins.

Hoe ver is de techniek?

Medische röntgentomografie (CT) is volledig volwassen technologie: wereldwijd staan er tienduizenden scanners in ziekenhuizen en de beeldkwaliteit, snelheid en stralingsdosis worden nog altijd geleidelijk verbeterd. Een scan die vroeger minuten duurde, kost nu vaak minder dan een seconde per doorsnede.

Elektronentomografie maakte een sprong dankzij de zogeheten "resolutierevolutie" in cryo-elektronenmicroscopie, waarvoor Jacques Dubochet, Joachim Frank en Richard Henderson in 2017 de Nobelprijs voor Scheikunde kregen. Structuren die vroeger onmogelijk te zien waren, zijn nu met bijna atomaire precisie in beeld te brengen, al blijft het een dure en trage techniek die vooral in gespecialiseerde laboratoria wordt toegepast.

Muonentomografie staat nog relatief in de kinderschoenen. Het grote voordeel – doordringingsvermogen door dikke steenlagen – gaat gepaard met een groot nadeel: muonen komen van nature maar mondjesmaat voor, waardoor metingen weken tot maanden kunnen duren om voldoende data te verzamelen. De techniek wordt inmiddels ook getest voor het scannen van vulkanen, kernreactorvaten en vrachtcontainers, maar blijft duur en niche.

Seismische tomografie wordt steeds fijnmaziger naarmate er meer seismometers wereldwijd data verzamelen, maar blijft fundamenteel beperkt doordat je afhankelijk bent van de plek en kracht van natuurlijke aardbevingen – je kunt de aarde niet zomaar vanuit elke gewenste hoek "beschijnen".

Wie werken eraan?

In de medische hoek domineren enkele grote fabrikanten van beeldvormende apparatuur: Siemens Healthineers en Philips (beide met Europese wortels, Philips deels ook Nederlands), GE Healthcare en Canon Medical Systems. Zij ontwikkelen zowel de scanners als de reconstructiesoftware.

Op het gebied van elektronentomografie en cryo-EM is Thermo Fisher Scientific (met zijn Titan Krios-microscopen) een centrale leverancier van apparatuur, terwijl onderzoeksinstituten zoals het MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge (VK) een voortrekkersrol speelden in de ontwikkeling van de techniek.

Seismische tomografie wordt vooral gedreven door universitaire aardwetenschappen, waaronder in Nederland de vakgroep Aardwetenschappen van de Universiteit Utrecht, en internationaal instituten als ETH Zürich. Het KNMI verzamelt in Nederland seismische data die ook bijdraagt aan dit soort onderzoek. Muonentomografie voor archeologische en industriële toepassingen wordt onder meer onderzocht door het Franse CEA, Japanse universiteiten en deeltjesfysicalaboratoria zoals CERN, dat expertise op het gebied van deeltjesdetectie inbrengt.