Mikro-CT-Bildgebung von Maus-Rückenmark

1. Montage einer Probe (Bone)

1. Zur Untersuchung eines Knochennetzes, wie einer Wirbelsäule, die Struktur in einem Agarosegel aufhängen und in einem sehr dünnwandigen Kunststoffrohr aushärten lassen (Abbildung 2). Die Dünne der Röhre ist sehr wichtig, was den Signaldurchsatz und die Gesamtbildqualität stark beeinträchtigt. Dies wiederum wirkt sich auf Ihre Fähigkeit zum Auflösen von Features aus. Der Transmissionswert der Röhre sollte so nahe wie möglich bei 100% liegen.
2. Montieren Sie das Rohr auf der Probenbühne mit Klebeband oder durch einen benutzerdefinierten Ständer, um letztendlich sicherzustellen, dass die Probe stationär und stabil ist, wenn sich die Bühne dreht.

Abbildung 2: Mauswirbelsäule, die in Agarose-Gel in dünnwandigen Kunststoffrohren auf der Probenstufe des Mikro-CT-Systems hängen.

2. Bildaufnahme

1. Schalten Sie die Röntgenquelle auf eine Energie im Bereich von 90 keV (90 kV und 10 W) ein.
2. Nachdem sich die Quelle erwärmt und sich auf die Energie einlässt, erwerben Sie ein Bild über die Software des Systems.
3. Überprüfen Sie den Übertragungswert, indem Sie das Bild mit einem Luftbild normalisieren. Stellen Sie für die automatische Referenzerfassung und -anwendung sicher, dass sich die Probe in eine bestimmte Richtung bewegen kann, ohne abzustürzen.
4. Wenn das Bild zu hoch ist, senken Sie die Energie schrittweise, bis der Übertragungswert ausreicht. Achten Sie darauf, die Belichtungszeit entsprechend zu erhöhen, damit das Bild nicht laut und körnig erscheint. Wenn das Bild eine zu geringe Übertragung hat, erhöhen Sie die Energie schrittweise, bis der Übertragungswert ausreicht.
5. Beginnen Sie, die Röntgenquelle näher an die Probe zu bewegen, während Sie sehr vorsichtig sind, sie nicht abzustürzen. Die Quelle so nah wie möglich an die Probe zu bringen, ist ein Schritt in Richtung der Maximierung des Durchsatzes und der Sicherstellung der bestmöglichen Auflösung.
6. Verfeinern Sie dabei das Sichtfeld der Probe, indem Sie die Probenstufe mit ihren Linearantrieben verschieben.
7. Die Software zeigt einen Parameter, der als Pixelgröße bekannt ist und der aktuellen Auflösung ähnlich behandelt wird (obwohl es in der Tat anders ist).
   1. Wenn die Zahl immer noch zu groß ist und die Quelle sehr nah ist, kann der Detektor beginnen, sich von der Probe zu entfernen.
   2. Wenn die Zahl zu klein ist, bewegen Sie den Detektor vorsichtig näher an die Probe.
   3. Probieren Sie verschiedene optische Objektive und Detektorpositionen aus, aber achten Sie auf die Komplikation, die dies bei der Optimierung der Scanparameter mit sich bringt.
8. Überprüfen Sie jede Ausrichtung der Probe, um sicherzustellen, dass es keine Abstürze gibt, um die beste Belichtungszeit zu finden. Dies wird aufgrund der Änderung des Arbeitsabstands, der Pixelgröße und der Stichprobenposition durchgeführt.
9. Drehen Sie die Probe langsam um 2-Grad-Schritte, während Sie ihre Position relativ zur Quelle und zum Detektor über die In-Cabinet-Kamera überwachen. Achten Sie darauf, die Quelle und den Detektor weg zu bewegen, wenn eine Kollision auftreten könnte.
10. Finden Sie die längste Röntgenpfadlänge, die zu der niedrigsten Anzahl von Zählungen/Übertragungswerten führt, und finden Sie die Belichtungszeit, die erforderlich ist, um überall etwa 5000 Zählungen zu sichern.

3. Tomographie Einreichung und Rekonstruktion

Der Rekonstruktionsprozess aus Benutzersicht ist aus Benutzersicht nicht komplizierter als jede andere Parameterauswahl, die in den früheren Schritten getroffen wurde. Der Programmier- und Rechenaufwand für diesen Prozess ist jedoch recht erheblich. Benutzer müssen darauf abzielen, am besten zu verstehen, was unter der reibungslosen Software-Benutzeroberfläche geschieht und wie sich Entscheidungen auf das Endprodukt auswirken. Viele CT-Systeme verwenden iterative algebraische Rekonstruktionsalgorithmen, bei denen die 2D-Projektionen in eine Reihe linearer Gleichungen umgewandelt werden, die Pixelwerte beschreiben. Einige andere Systeme verwenden gefilterte Rückprojektionsalgorithmen, bei denen Radon-Transformationen die Projektionen in ein Sinogramm konvertieren und dann durch eine Reihe von Linienintegrationsoperationen geleitet werden. Natürlich verwenden einige andere Ansätze und sogar hybride Methoden. Auf der niedrigsten Ebene der Beteiligung an diesen Algorithmen ist bekannt, dass die Anzahl der Projektionen und die gesamte gedrehte Verschiebung einen Einfluss auf das endgültige rekonstruierte Volumen haben.

1. Entscheiden Sie zunächst, ob sie basierend auf dem Seitenverhältnis der Probe über 180° oder 360° scannen möchten. Wenn die Probe ein hohes Seitenverhältnis hat, so dass die Röntgenweglänge bei der 90°-Ausrichtung etwa 4 oder mehr mal länger ist als die 0°-Ausrichtung als ein 180°-Scan, wäre eine kluge Wahl. (Das Argument ist, dass die Informationen, die auf der kurzen Röntgenpfadlänge gesammelt werden, nicht so unterschiedlich sind von einer Seite zur anderen. Wenn mehr Projektionen für die langen Röntgenpfadlängenausrichtungen vorgesehen werden können, als der Datensatz davon profitiert. Die Winkelverschiebung zwischen den Projektionen wird niedriger sein, und es werden mehr Informationen aus diesen kniffligen Ausrichtungen in die Rekonstruktionsalgorithmen eingespeist.) Wenn das Seitenverhältnis nicht so hoch ist, verwenden Sie 360°-Scans.
2. Wählen Sie als Nächstes die Anzahl der Projektionen und die gesamte Winkelverschiebung aus, die den Winkel zwischen den Projektionen diktieren. Je kleiner dieser Winkel, desto weniger Interpolation wird durchgeführt und weniger feine Feature-Informationen abgeschnitten. (Es muss ein Gleichgewicht hergestellt werden, da mehr Projektionen eine längere Scanzeit bedeuten, was mit einem größeren Fenster korreliert, in dem sich Samples bewegen können, weniger Zeit zum Scannen anderer Dinge und eine kürzere Quelllebensdauer. Eine Faustregel ist, mindestens 800 Projektionen über 360° zu haben und 3200 Projektionen nicht zu überschreiten.
3. Senden Sie den Scan.
4. Nachdem die Tomographie beendet ist (in der Regel zwischen 4 - 16 Stunden), bringen Sie 2D-Serie von Bildern in das System (oder einige Open-Source) Rekonstruktionssoftware.
5. Wählen Sie die optimale Mittelschichtkorrektur aus. Center Shift ist ein Parameter, der die Projekte so ausrichtet, dass sie sich ansieden (denken Sie an ein grob gemischtes Kartenspiel, das gesammelt und ausgerichtet werden muss, um wie ein ordentlicher Stapel zu sitzen). Dieser Wert liegt in der Regel irgendwo zwischen -10 bis 10 Pixeln.
6. Wählen Sie den optimalen Strahlhärtekorrekturkoeffizienten aus. Die Strahlhärtekorrektur ist eine künstliche Entfernung des Kontrasts, der durch Probenfilterung erzeugt wird. Wenn eine Probe dick genug ist oder eine Reihe von leichten und schweren Materialien enthält, hat sie einen falschen Kontrast basierend auf der Dämpfung von energiearmen (weichen) Röntgenstrahlen. Dies sollte konservativ angewendet werden. Ein Durchschnittswert liegt irgendwo zwischen 0 - 0,5.
7. Reichen Sie die Rekonstruktion ein.