How are X-rays generated in a micro-CT system?

In a micro-CT system, negatively charged electrons are shot in a vacuum where they strike a target material. As electrons decelerate through the target, they emit X-rays through a phenomenon called bremsstrahlung, or braking radiation. These X-rays then leave the source and interact with the sample before reaching the detector.

What is the difference between CT and micro-CT imaging?

Both CT and micro-CT use the same basic principle of reconstructing three-dimensional volumes from a series of two-dimensional X-ray projections at different orientations. However, micro-CT produces much higher resolution images of smaller volumes, making it ideal for detailed analysis of biological samples and small structures.

Why do bones appear white in X-ray images?

Bones appear white in X-ray images because they contain large amounts of atomic calcium, which absorbs X-rays more strongly than soft tissue. The absorbed X-rays do not reach the detector, creating a bright white appearance in the image. This differential absorption is the predominant interaction measured in micro-CT imaging.

What transmission value range is ideal for micro-CT imaging?

The transmission value, calculated as the intensity of X-rays reaching the detector divided by the initial intensity, should ideally be between 5 and 95 percent for all sample orientations. The best results occur in the middle range of this spectrum. This value is checked by normalizing sample images against images of air.

How should a biological sample be prepared for micro-CT scanning?

A biological sample should be suspended in agarose gel and cured in a thin-walled plastic tube to prevent movement and dehydration. The tube walls should be as thin as possible to reduce signal loss and improve image quality. The sample must be mounted securely on the rotational stage to remain stationary during scanning.

What factors determine the number of projections needed in a micro-CT scan?

The number of projections depends on the sample's aspect ratio and desired resolution. A rule of thumb is to acquire at least 800 projections, but typically no more than 3,200 projections over a 360-degree scan. Smaller angles between projections decrease interpolation of fine features but increase scan time.

What applications extend beyond biological imaging for micro-CT technology?

Micro-CT applications extend to microelectronics characterization, geology, additive manufacturing, and fuel cell analysis. Engineers use micro-CT to analyze device failure, reverse engineer components, and create three-dimensional structures from scan data. High-resolution imaging enables detailed structural analysis across diverse scientific and industrial fields.

التصوير المصغر بالتصوير المقطعي المحوسب للحبل الشوكي للفأر

0 مشاهدة11:18 دقيقة

1. تركيب عينة (عظم)

لفحص شبكة من العظام ، مثل العمود الفقري ، قم بتعليق الهيكل في هلام الاغاروز واتركه يشفى في أنبوب بلاستيكي رقيق الجدران (الشكل 2). نحافة الأنبوب مهمة للغاية ، مما يؤثر بشكل كبير على إنتاجية الإشارة وجودة الصورة الإجمالية. وهذا بدوره يؤثر على قدرتك على حل الميزات. يجب أن تكون قيمة نقل الأنبوب قريبة من 100٪ قدر الإمكان.
قم بتركيب الأنبوب على مرحلة العينة بشريط لاصق أو عن طريق عمل حامل مخصص ، مما يضمن في النهاية أن العينة ثابتة ومستقرة عند دوران المرحلة.

الشكل 2: العمود الفقري للفأر معلق في هلام الاغاروز داخل أنبوب بلاستيكي رقيق الجدران يجلس على مرحلة العينة من نظام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق.

2. الحصول على الصور

قم بتشغيل مصدر الأشعة السينية إلى طاقة تقارب 90 كيلو فولت (90 كيلو فولت و 10 واط).
بعد تسخين المصدر والاستقرار على الطاقة ، احصل على صورة من خلال برنامج النظام.
تحقق من قيمة الإرسال عن طريق تطبيع الصورة مقابل صورة الهواء. للحصول على المراجع المرجعية والتطبيق التلقائي ، تأكد من أن العينة يمكن أن تتحرك في اتجاه معين دون أن تتعطل.
إذا كانت الصورة تحتوي على إرسال مرتفع جدا ، فقم بخفض الطاقة بشكل تدريجي حتى تصبح قيمة الإرسال كافية. تأكد من زيادة وقت التعرض وفقا لذلك حتى لا تبدو الصورة صاخبة ومحببة. إذا كانت الصورة ذات نقل منخفض جدا ، فقم بزيادة الطاقة بشكل تدريجي حتى تصبح قيمة الإرسال كافية.
ابدأ في تحريك مصدر الأشعة السينية بالقرب من العينة ، مع الحرص الشديد على عدم تحطمها. يعد تقريب المصدر قدر الإمكان من العينة خطوة في اتجاه زيادة الإنتاجية إلى أقصى حد وتأمين أفضل دقة ممكنة.
أثناء القيام بذلك ، قم بتنقيح مجال رؤية العينة عن طريق تحويل مرحلة العينة بمشغلاتها الخطية.
سيعرض البرنامج معلمة تعرف باسم حجم البكسل والتي يتم التعامل معها بشكل مشابه للدقة الحالية (على الرغم من أنها مختلفة بالفعل).
1. إذا كان الرقم لا يزال كبيرا جدا وكان المصدر قريبا جدا ، فيمكن أن يبدأ الكاشف في الابتعاد عن العينة.
2. إذا كان الرقم صغيرا جدا، فحرك الكاشف بحذر بالقرب من العينة.
3. جرب أهدافا بصرية مختلفة ومواضع كاشف أيضا ولكن احذر من المضاعفات التي يقدمها هذا عند محاولة تحسين معلمات الفحص.
تحقق من كل اتجاه للعينة للتأكد من عدم وجود أعطال للعثور على أفضل وقت للتعرض. يتم تنفيذ ذلك بسبب تغيير مسافة العمل وحجم البكسل وموضع العينة.
قم بتدوير العينة ببطء بزيادات قدرها درجتين أثناء مراقبة موضعها بالنسبة للمصدر والكاشف عبر الكاميرا الموجودة في الخزانة. تأكد من تحريك المصدر والكاشف بعيدا في حالة حدوث تصادم.
ابحث عن أطول طول لمسار الأشعة السينية ينتج عنه أقل عدد من الأعداد / قيم الإرسال وابحث عن وقت التعرض اللازم لتأمين حوالي 5000 عدد في كل مكان.

3. تقديم التصوير المقطعي وإعادة البناء

عملية إعادة البناء من منظور المستخدم ليست أكثر تعقيدا من أي من تحديدات المعلمات الأخرى التي تم إجراؤها في الخطوات السابقة. ومع ذلك ، فإن البرمجة والنفقات الحسابية لهذه العملية كبيرة جدا. يجب أن يهدف المستخدمون إلى فهم أفضل لما يحدث تحت واجهة مستخدم البرنامج السلسة وكيف تؤثر القرارات على المنتج النهائي. تستخدم العديد من أنظمة التصوير المقطعي المحوسب خوارزميات إعادة البناء الجبري التكرارية التي يتم فيها تحويل الإسقاطات ثنائية الأبعاد إلى سلسلة من المعادلات الخطية التي تصف قيم البكسل. تستخدم بعض الأنظمة الأخرى خوارزميات الإسقاط الخلفي المصفاة حيث تقوم تحويلات الرادون بتحويل الإسقاطات إلى مخطط sinographic ثم يتم تمريرها عبر سلسلة من عمليات تكامل الخطوط. بالطبع ، يستخدم البعض طرقا أخرى وحتى طرقا هجينة. في أدنى مستوى من المشاركة مع هذه الخوارزميات ، من المعروف أن عدد الإسقاطات وإجمالي الإزاحة المستديرة لها تأثير على الحجم النهائي المعاد بناؤه.

أولا، حدد ما إذا كنت تريد المسح الضوئي لأكثر من 180 درجة أو 360 درجة بناء على نسبة العرض إلى الارتفاع للعينة. إذا كانت العينة تحتوي على نسبة عرض إلى ارتفاع عالية بحيث يكون طول مسار الأشعة السينية أطول بحوالي 4 مرات أو أكثر عند اتجاه 90 درجة من اتجاه 0 درجة من المسح الضوئي بزاوية 180 درجة سيكون اختيارا ذكيا. (الحجة هي أن المعلومات التي تم جمعها على طول مسار الأشعة السينية القصير لا تختلف كثيرا من جانب إلى آخر. إذا كان من الممكن تخصيص المزيد من الإسقاطات لاتجاهات طول مسار الأشعة السينية الطويلة أكثر من مجموعة البيانات. سيكون الإزاحة الزاوية بين الإسقاطات أقل وسيكون هناك المزيد من المعلومات من تلك الاتجاهات الصعبة التي يتم إدخالها في خوارزميات إعادة البناء.) إذا لم تكن نسبة العرض إلى الارتفاع عالية ، فاستخدم عمليات المسح الضوئي بزاوية 360 درجة.
بعد ذلك ، اختر عدد الإسقاطات والإزاحة الزاوية الإجمالية ، والتي ستملي الزاوية بين الإسقاطات. كلما كانت هذه الزاوية أصغر ، قل إجراء الاستيفاء وسيتم اقتطاع معلومات الميزات الأقل دقة. (يجب إنشاء توازن لأن المزيد من الإسقاطات تعني وقت مسح أطول ، والذي يرتبط بنافذة أكبر حيث يمكن أن تتحرك العينات ، ووقت أقل لمسح أشياء أخرى ، وعمر أقصر للمصدر. القاعدة الأساسية هي أن يكون لديك ما لا يقل عن 800 إسقاط يزيد عن 360 درجة وألا يتجاوز 3200 إسقاط.
إرسال الفحص.
بعد الانتهاء من التصوير المقطعي (عادة ما بين 4 - 16 ساعة) ، قم بإحضار سلسلة ثنائية الأبعاد من الصور إلى برنامج إعادة بناء النظام (أو بعض البرامج مفتوحة المصدر).
حدد تصحيح إزاحة المركز الأمثل. التحول المركزي هو معلمة تقوم بمحاذاة المشاريع لتصطف (فكر في مجموعة من البطاقات المختلطة تقريبا التي تحتاج إلى جمعها ومحاذاتها للجلوس مثل كومة أنيقة). عادة ما تكون هذه القيمة في مكان ما بين -10 إلى 10 بكسل.
حدد معامل تصحيح تصلب الحزمة الأمثل. تصحيح تصلب الشعاع هو إزالة اصطناعية للتباين الناتج عن تصفية العينات. إذا كانت العينة سميكة بدرجة كافية أو تحتوي على مجموعة من المواد الخفيفة والثقيلة ، فسيكون لها تباين زائف بناء على توهين الأشعة السينية منخفضة الطاقة (الناعمة). يجب تطبيق هذا بشكل متحفظ. متوسط القيمة في مكان ما بين 0 - 0.5.
تقديم إعادة البناء.