Imaging micro-CT di un midollo spinale di topo

1. Montaggio di un campione (osso)

1. Per esaminare una rete di ossa, come una colonna vertebrale, sospendere la struttura in un gel di acarosio e consentire di polimerizzare in un tubo di plastica a pareti molto sottili (Figura 2). La sottigliezza del tubo è molto importante, influenzando notevolmente il throughput del segnale e la qualità complessiva dell'immagine. Questo a sua volta influisce sulla capacità di risolvere le funzionalità. Il valore di trasmissione del tubo dovrebbe essere il più vicino possibile al 100%.
2. Montare il tubo sul palco del campione con del nastro adesivo o creando un supporto personalizzato, assicurando in definitiva che il campione sia fermo e stabile quando lo stadio ruota.

Figura 2: Spina dorsale del topo sospesa in gel di agarose all'interno di un tubo di plastica a parete sottile seduto sullo stadio campione del sistema micro-CT.

2. Acquisizione di immagini

1. Accendere la sorgente di raggi X a un'energia intorno all'intervallo di 90 keV (90 kV e 10 W).
2. Dopo che la sorgente si è riscaldata e si è depositata sull'energia, acquisire un'immagine attraverso il software del sistema.
3. Controllare il valore di trasmissione normalizzando l'immagine rispetto a un'immagine di aria. Per l'acquisizione e l'applicazione automatica dei riferimenti, assicurarsi che il campione possa muoversi in una determinata direzione senza arresti anomali.
4. Se l'immagine ha una trasmissione troppo alta, abbassare l'energia in modo incrementale fino a quando il valore di trasmissione è sufficiente. Assicurati di aumentare il tempo di esposizione di conseguenza in modo che l'immagine non appaia rumorosa e sgranata. Se l'immagine ha una trasmissione troppo bassa, aumentare l'energia in modo incrementale fino a quando il valore di trasmissione è sufficiente.
5. Inizia a spostare la sorgente di raggi X più vicino al campione, facendo molta attenzione a non farli schiantare. Portare la sorgente il più vicino possibile al campione è un passo nella direzione di massimizzare la produttività e garantire la migliore risoluzione possibile.
6. Mentre questo viene fatto, perfezionare il campo visivo del campione spostando lo stadio del campione con i suoi attuatori lineari.
7. Il software mostrerà un parametro noto come dimensione dei pixel che viene trattato in modo simile alla risoluzione corrente (anche se è effettivamente diverso).
   1. Se il numero è ancora troppo grande e la sorgente è molto vicina, il rilevatore può iniziare ad allontanarsi dal campione.
   2. Se il numero è troppo piccolo, avvicinare con cautela il rilevatore al campione.
   3. Prova anche diversi obiettivi ottici e posizioni del rilevatore, ma fai attenzione alla complicazione che questo introduce quando cerchi di ottimizzare i parametri di scansione.
8. Controlla ogni orientamento del campione per assicurarti che non ci siano arresti anomali per trovare il miglior tempo di esposizione. Questa applicazione viene eseguita a causa della modifica della distanza di lavoro, delle dimensioni dei pixel e della posizione del campione.
9. Ruotare lentamente il campione con incrementi di 2 gradi mentre si monitora la sua posizione rispetto alla sorgente e al rilevatore tramite la telecamera in-cabinet. Assicurati di spostare la sorgente e il rilevatore se potrebbe verificarsi una collisione.
10. Trova la lunghezza del percorso dei raggi X più lunga che si traduce nel numero più basso di conteggi / valori di trasmissione e trova il tempo di esposizione necessario per garantire circa 5000 conteggi ovunque.

3. Presentazione e ricostruzione della tomografia

Il processo di ricostruzione dal punto di vista dell'utente non è più complicato di qualsiasi altra selezione di parametri effettuata nei passaggi precedenti. Tuttavia, la spesa di programmazione e computazionale per questo processo è in realtà piuttosto sostanziale. Gli utenti devono mirare a comprendere meglio cosa sta succedendo sotto l'interfaccia utente del software e in che modo le decisioni influiscono sul prodotto finale. Molti sistemi CT utilizzano algoritmi di ricostruzione algebrica iterativa in cui le proiezioni 2D vengono convertite in una serie di equazioni lineari che descrivono i valori dei pixel. Alcuni altri sistemi utilizzano algoritmi di retroproiezione filtrati in cui le trasformazioni di Radon convertono le proiezioni in un sinogramma e vengono quindi passate attraverso una serie di operazioni di integrazione della linea. Naturalmente, alcuni usano altri approcci e persino metodi ibridi. Al livello più basso di coinvolgimento con questi algoritmi, è noto che il numero di proiezioni e lo spostamento totale ruotato hanno un impatto sul volume finale ricostruito.

1. Innanzitutto, decidi se eseguire la scansione a 180 ° o 360 ° in base alle proporzioni del campione. Se il campione ha un rapporto di aspetto elevato in modo tale che la lunghezza del percorso dei raggi X sia circa 4 o più volte più lunga con l'orientamento a 90 ° rispetto all'orientamento a 0 ° rispetto a una scansione a 180 ° sarebbe una scelta intelligente. (L'argomento è che le informazioni raccolte sulla breve lunghezza del percorso dei raggi X non sono così diverse da una parte all'altra. Se è possibile dedicare più proiezioni agli orientamenti lunghi della lunghezza del percorso dei raggi X rispetto al set di dati. Lo spostamento angolare tra le proiezioni sarà inferiore e ci saranno più informazioni da quegli orientamenti difficili che vengono inseriti negli algoritmi di ricostruzione.) Se le proporzioni non sono così elevate, utilizzare scansioni a 360 °.
2. Quindi, scegli il numero di proiezioni e lo spostamento angolare totale, che determinerà l'angolo tra le proiezioni. Più piccolo è questo angolo, minore sarà l'interpolazione che verrà condotta e meno informazioni sulle feature fini verranno troncate. (È necessario stabilire un equilibrio perché più proiezioni significano un tempo di scansione più lungo, che è correlato a una finestra più grande in cui i campioni possono muoversi, meno tempo per scansionare altre cose e una durata della sorgente più breve. Una regola empirica è quella di avere almeno 800 proiezioni oltre i 360° e di non superare le 3200 proiezioni.
3. Invia la scansione.
4. Al termine della tomografia (di solito tra 4 e 16 ore), portare serie di immagini 2D nel software di ricostruzione del sistema (o di alcuni open source).
5. Selezionare la correzione ottimale dello spostamento centrale. Lo spostamento centrale è un parametro che allinea i progetti da allineare (pensa a un mazzo di carte mescolato approssimativamente che deve essere raccolto e allineato per sedersi come una pila ordinata). Questo valore è in genere compreso tra -10 e 10 pixel.
6. Selezionare il coefficiente di correzione ottimale per l'indurimento del fascio. La correzione dell'indurimento del fascio è una rimozione artificiale del contrasto prodotta dal filtraggio del campione. Se un campione è abbastanza spesso o contiene una gamma di materiali leggeri e pesanti, avrà un falso contrasto basato sull'attenuazione dei raggi X (morbidi) a bassa energia. Questo dovrebbe essere applicato in modo conservativo. Un valore medio è compreso tra 0 e 0,5.
7. Invia ricostruzione.