Tortuosität

Tortuosität bezeichnet die Eigenschaft eines Pfades, einer Kurve oder eines Netzwerks, sich stark zu verschlingen oder von einer geraden Linie abzuweichen. Das Wort stammt vom lateinischen tortuosus „verschlungen, gewunden“ ab. In vielen Fachgebieten dient Tortuosität als Maß für die Komplexität oder Biegsamkeit eines Weges.

Eine gängige quantitative Definition verwendet das Verhältnis der tatsächlichen Weglänge L zum direkten Abstand D zwischen Start- und Endpunkt: Tortuosität T = L / D. Ein Wert von T = 1 entspricht einer geraden Verbindung, höhere Werte kennzeichnen zunehmende Verschlungenheit. In der Praxis gibt es je nach Anwendungsgebiet weitere, spezialisierte Kennzahlen, besonders wenn mehr als zwei Endpunkte oder dreidimensionale Kurven vorliegen.

Anwendungsgebiete: In der Medizin wird die Tortuosität von Blut- oder Lymphgefäßen, Nervenbahnen oder Kanälen als Hinweis auf strukturelle Veränderungen, Alterung oder pathologische Prozesse gesehen. Hohe Tortuosität kann Strömung und Perfusion beeinflussen. In der Geowissenschaft und Hydrologie beschreibt Tortuosität die Verschlungenheit von Poren- oder Kanalsystemen, beeinflusst Transportprozesse wie Diffusion und hydraulische Leitfähigkeit. In der Botanik, Materialwissenschaft und Polymerforschung bezieht sich Tortuosität auf die Architekturen von Wurzeln, Fasern oder porösen Strukturen, die Mechanik, Porosität oder Reaktionsraten beeinflussen.

Messung und Skalierung sind herausfordernd: Unterschiede zwischen 2D- und 3D-Darstellungen, Bildauflösung, Messrichtung und Referenzabstand können die Kennzahlen beeinflussen. Wegen solcher Unterschiede wird Tortuosität oft im Kontext der verwendeten Methode interpretiert.