Røntgenmikrotomografi - X-ray microtomography

3D -gjengivelse av en mikro -CT av en trehopper .
3D -gjengivelse av en µCT -skanning av et bladstykke, oppløsning rundt 40 µm/ voxel .
To fase μCT analyse av Ti2AlC / Al MAX fase kompositten

Røntgenmikrotomografi , som tomografi og røntgencomputertomografi , bruker røntgenstråler til å lage tverrsnitt av et fysisk objekt som kan brukes til å gjenskape en virtuell modell ( 3D-modell ) uten å ødelegge det opprinnelige objektet. Den prefikset mikro- (symbol: μ) anvendes for å indikere at piksel størrelser av tverrsnittene er i mikrometer rekkevidde. Disse pikselstørrelsene har også resultert i begrepene høyoppløselig røntgentomografi , mikroberegnet tomografi ( mikro-CT eller µCT ) og lignende termer. Noen ganger differensieres begrepene høyoppløselig CT (HRCT) og mikro-CT, men i andre tilfeller brukes begrepet høyoppløselig mikro-CT . Nesten all tomografi i dag er computertomografi.

Micro-CT har applikasjoner både innen medisinsk bildebehandling og i industriell computertomografi . Generelt er det to typer skanneroppsett. I ett oppsett er røntgenkilden og detektoren vanligvis stasjonære under skanningen mens prøven/dyret roterer. Det andre oppsettet, mye mer som en klinisk CT-skanner, er portalbasert der dyret/prøven er stasjonær i rommet mens røntgenrøret og detektoren roterer rundt. Disse skannerne brukes vanligvis til smådyr ( in vivo -skannere), biomedisinske prøver, matvarer, mikrofossiler og andre studier som det er ønskelig med små detaljer for.

Det første røntgenmikrotomografisystemet ble unnfanget og bygget av Jim Elliott på begynnelsen av 1980-tallet. De første publiserte røntgenmikrotomografiske bildene var rekonstruerte skiver av en liten tropisk snegl, med pikselstørrelse på omtrent 50 mikrometer.

Arbeidsprinsipp

Imaging system

Rekonstruksjon av viftebjelke

Fan-beam-systemet er basert på en endimensjonal (1D) røntgendetektor og en elektronisk røntgenkilde, som skaper 2D -tverrsnitt av objektet. Vanligvis brukt i humane computertomografisystemer .

Rekonstruksjon av kjeglebjelke

Kjegle-strålesystemet er basert på en 2D røntgen detektor ( kamera ) og en elektronisk røntgenkilde, og skaper projiseringsbilder som senere vil bli brukt til å rekonstruere bildets tverrsnitt.

Åpne/lukkede systemer

Åpent røntgensystem

I et åpent system kan røntgenstrømmer slippe ut eller lekke ut, og derfor må operatøren holde seg bak et skjold, ha spesielle verneklær eller betjene skanneren på avstand eller et annet rom. Typiske eksempler på disse skannerne er de menneskelige versjonene, eller designet for store objekter.

Lukket røntgensystem

I et lukket system settes røntgenavskjerming rundt skanneren slik at operatøren kan sette skanneren på et skrivebord eller et spesialbord. Selv om skanneren er skjermet, må det utvises forsiktighet og operatøren bærer vanligvis et dosimeter, siden røntgenstråler har en tendens til å bli absorbert av metall og deretter sendes ut på nytt som en antenne. Selv om en typisk skanner vil produsere et relativt ufarlig volum av røntgenstråler, kan gjentatte skanninger på kort tid utgjøre en fare. Digitale detektorer med små pikselhøyder og mikrofokusrøntgenrør brukes vanligvis for å gi høyoppløselige bilder.

Lukkede systemer har en tendens til å bli veldig tunge fordi bly brukes til å skjerme røntgenstrålene. Derfor har de mindre skannerne bare en liten plass til prøver.

Rekonstruksjon av 3D -bilder

Prinsippet

Fordi mikrotomografiskannere tilbyr isotrop eller nær isotropisk oppløsning, trenger ikke visning av bilder å begrenses til konvensjonelle aksiale bilder. I stedet er det mulig for et program å bygge et volum ved å 'stable' de enkelte skivene på hverandre. Programmet kan deretter vise volumet på en alternativ måte.

Program for rekonstruksjon av bilder

For røntgenmikrotomografi er kraftig åpen kildekode-programvare tilgjengelig, for eksempel ASTRA-verktøykassen. ASTRA Toolbox er en MATLAB-verktøykasse med høytytende GPU-primitiver for 2D- og 3D-tomografi, fra 2009–2014 utviklet av iMinds-Vision Lab , University of Antwerp og siden 2014 i fellesskap utviklet av iMinds-VisionLab, UAntwerpen og CWI, Amsterdam. Verktøykassen støtter parallell-, vifte- og kjeglebjelke, med svært fleksibel posisjonering av kilde/detektor. Et stort antall rekonstruksjonsalgoritmer er tilgjengelige, inkludert FBP, ART, SIRT, SART, CGLS.

For 3D-visualisering er tomviz et populært åpen kildekode-verktøy for tomografi.

Gjengivelse av volum

Volumgengivelse er en teknikk som brukes til å vise en 2D -projeksjon av et 3D -sett med samplede data, som er produsert av en mikrotomografisk skanner. Vanligvis er disse anskaffet i et vanlig mønster (f.eks. En skive hver millimeter) og har vanligvis et vanlig antall bildepiksler i et vanlig mønster. Dette er et eksempel på et vanlig volumetrisk rutenett, med hvert volumelement eller voxel representert med en enkelt verdi som oppnås ved å sampler det umiddelbare området rundt voxelen.

Bildesegmentering

Når forskjellige strukturer har lignende terskeltetthet, kan det bli umulig å skille dem bare ved å justere volumgjengivelsesparametere. Løsningen kalles segmentering , en manuell eller automatisk prosedyre som kan fjerne uønskede strukturer fra bildet.

Typisk bruk

Arkeologi

Biomedisinsk

  • Både in vitro og in vivo avbildning av små dyr
  • Nevroner
  • Menneskelige hudprøver
  • Benprøver, inkludert tenner, alt fra gnagere til menneskelige biopsier
  • Lunge avbildning ved hjelp av respiratorisk gating
  • Kardiovaskulær avbildning ved hjelp av hjerteport
  • Avbildning av det menneskelige øyet, okulære mikrostrukturer og svulster
  • Tumoravbildning (kan kreve kontrastmidler)
  • Imaging av bløtvev
  • Insekter
  • Parasitologi - migrasjon av parasitter, parasittmorfologi

Utviklingsbiologi

  • Sporer utviklingen av den utdødde tasmanske tigeren under vekst i posen
  • Modell og ikke-modellorganismer (elefanter, sebrafisk og hval)

Elektronikk

  • Små elektroniske komponenter. F.eks DRAM IC i plastkasse.

Mikroenheter

Komposittmaterialer og metallisk skum

  • Keramikk og keramikk -metallkompositter. Mikrostrukturell analyse og feilundersøkelse
  • Komposittmateriale med glassfibre 10 til 12 mikrometer i diameter

Polymerer , plast

Diamanter

  • Å oppdage feil i en diamant og finne den beste måten å kutte den på.

Mat og frø

  • 3D-avbildning av matvarer ved hjelp av røntgenmikrotomografi
  • Analyserer varme og tørkestress på matavlinger

Tre og papir

Byggematerialer

Geologi

I geologi brukes den til å analysere mikroporer i reservoarbergartene, den kan brukes i mikrofaseanalyse for sekvensstratigrafi. I petroleumsforskning brukes den til å modellere petroleumsstrømmen under mikroporer og nanopartikler.

Den kan gi en oppløsning på opptil 1 nm.

Fossiler

Mikrofossiler

Røntgenmikrotomografi av en radiolarian , Triplococcus acanthicus
Dette er en mikrofossil fra Midt -Ordovician med fire nestede sfærer. Den innerste sfæren er markert rød. Hvert segment vises i samme skala.
  • Bentoniske foraminifere

Paleografi

Rom

Stereobilder

  • Visualisering med blå og grønne eller blå filtre for å se dybden

Andre

Referanser

Eksterne linker