小鼠脊髓的显微CT成像

1. 样品（骨组织）的安装

1. 在检查骨骼网络（如脊柱）时，将结构悬浮于琼脂糖凝胶中，并置于极薄壁的塑料管内使其凝固（图2）。管壁的薄厚至关重要，会显著影响信号通量和整体成像质量，进而影响您分辨结构特征的能力。该塑料管的透射率应尽可能接近100%。
2. 使用胶带或将样品固定于定制支架上，将管子安装在样品台上，最终确保样品在样品台旋转时保持静止且稳定。

图 2：置于薄壁塑料管内的琼脂糖凝胶中悬浮的小鼠脊柱，放置于显微CT系统样品台之上。

2. 图像采集

1. 将X射线源开启至约90 keV的能量范围（90 kV和10 W）。
2. 待光源预热并稳定在目标能量后，通过系统软件采集一幅图像。
3. 通过将图像与空气图像进行归一化，检查透射值。若要实现自动参考图像的采集与应用，请确保样品可在指定方向移动而不会发生碰撞。
4. 若图像透射度过高，逐步降低能量直至透射值达到合适水平。同时务必相应增加曝光时间，以避免图像出现噪声和颗粒感。若图像透射度过低，则逐步提高能量直至透射值足够。
5. 开始将X射线源缓慢靠近样品，同时务必小心避免发生碰撞。将光源尽可能靠近样品是提高通量并获得最佳分辨率的重要步骤。
6. 在此过程中，通过线性驱动器调节样品台位置，进一步优化样品的视场范围。
7. 软件将显示一个称为“像素尺寸”的参数，其作用类似于当前分辨率（尽管二者并不完全相同）。
   1. 若该数值仍过大且光源已非常接近样品，可开始将探测器逐渐远离样品。
   2. 若该数值过小，则谨慎地将探测器向样品靠近。
   3. 也可尝试不同的光学物镜和探测器位置，但需注意这会增加优化扫描参数时的复杂性。
8. 检查样品的各个取向，确保无碰撞风险，并确定最佳曝光时间。此步骤的必要性源于工作距离、像素尺寸和样品位置的变化。
9. 以每2度为增量缓慢旋转样品，同时通过机柜内摄像头监控其相对于光源和探测器的位置。若可能发生碰撞，务必及时将光源和探测器移开。
10. 确定导致计数/透射值最低的最长X射线路径长度，并找到使各处计数均达到约5000所需的曝光时间。

3. 断层扫描提交与重建

从用户角度来看，重建过程并不比之前步骤中的其他参数选择更为复杂。然而，该过程在编程和计算资源消耗方面实际上相当可观。用户必须力求充分理解光滑软件界面背后的工作原理，以及各项决策如何影响最终结果。许多CT系统采用迭代代数重建算法，将2D投影转换为一系列描述像素值的线性方程。另一些系统则采用滤波反投影算法，通过拉东变换（Radon transforms）将投影数据转换为正弦图（sinogram），再经过一系列线积分运算。当然，也有一些系统采用其他方法甚至混合方法。在对这些算法的最低层次参与中已知，投影数量和总旋转位移量会对最终重建的体数据产生影响。

1. 首先，根据样品的长宽比决定是进行180°还是360°扫描。如果样品的长宽比较大，使得在90°取向时X射线路径长度约为0°取向时的4倍或更长，则选择180°扫描是较为合理的选择。（原因在于，短X射线路径长度所获取的信息在两侧之间差异不大；若能将更多的投影分配给长X射线路径长度的取向，则数据集质量将得到提升。此时投影间的角位移更小，重建算法可获得来自这些困难取向的更多信息。）如果长宽比较小，则应使用360°扫描。
2. 接下来，选择投影数量和总角位移，这将决定投影之间的角度间隔。该角度越小，所需的插值越少，细微特征信息的截断也越少。（必须权衡，因为更多投影意味着更长的扫描时间，从而增加了样品移动的可能性，减少了其他样品的扫描时间，并缩短了X射线源的使用寿命。经验法则是：在360°范围内至少采集800个投影，且投影总数不超过3200个。）
3. 提交扫描任务。
4. 断层扫描完成后（通常耗时4至16小时），将二维图像序列导入系统自带或开源的重建软件中。
5. 选择最佳的中心偏移校正值。中心偏移是一个用于对齐投影的参数（可类比于将一副大致打乱的纸牌收集并排列整齐）。该值通常在-10到10像素之间。
6. 选择最佳的射束硬化校正系数。射束硬化校正是人为消除由样品滤过效应引起的伪影对比度。如果样品足够厚，或包含轻重不同的多种材料，低能（软）X射线的衰减会导致虚假的对比度。该校正应谨慎使用，一般取值范围在0至0.5之间。
7. 提交重建任务。