Name: 3 차원 루트 시스템에 대한 통계를 추출 : 볼륨 및 표면 분석에-토양 X 선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 37 s
Description: 학습하세요 토양 내 X선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서 식물 뿌리 구조를 비침습적으로 분석하는 방법을. 뿌리 부피와 표면적을 정량화하여 환경 변화에 대한 식물 반응을 연구할 수 있습니다.

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이 작업은 미국 에너지부의 생물 및 환경 연구실이 후원하고 퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소에 위치한 국립 과학 사용자 시설인 환경 분자 과학 실험실에서 수행되었습니다.

주의 : X 선 단층 촬영 스캐너의 동작은 일반적인 방사선 교육, 악기 고유의 방사선 안전 교육을 모두 필요로한다. 실험자의 실험에 관련된 모든 대응 절차를 따라야한다. 1. 루트 이미지 참고 :이 단계는 관 모양의 플라스틱 냄비에 원래의 토양에서 개최 잔디 시편의 영상 (40mm의 직경 210 mm의 높이, 약 2mm의 두께와 플라스틱 튜브)에 대해 설명합니다. <ol><li> 대상 확대에 대해 원하는 거리에서 악기의 샘플 조작에 화분을 배치합니다. 직경 2 인치의 홀더에 공장 소스의 거리에 샘플을 약 3 인치 (7cm)이어야한다. </li><li> 최적의 색상 (회색 레벨) 검출기 이미지의 대비를 달성하기 위해 X 선 검사 설정을 조정합니다. 참고 :이 설정은 사용하는 기기 제어 소프트웨어에서 사용할 수 있습니다. <ol><li> 집합 X 선 전원 설정; 85 kV의 190 μA이 시험에 사용 된PLE. </li><li> 노출 시간을 설정합니다. 여기서, 1 초의 비교적 긴 노출 시간이보다 신호 대 잡음비를 사용 하였다. </li><li> 투사 당 계획과 프레임의 설정 번호; 3142 돌기의 총 투사 당 4 프레임은 좋은 데이터 통계 좋습니다. </li><li> 은 &quot;음영 보정&quot;탭을 선택하고 &quot;만들기&quot;를 클릭하여 위의 설정 측정 조건을 사용하여 음영 보정을 실행합니다. 주 : X 선속의 일정한 세트가 조명 될 때 쉐이딩 보정은 촬상 장치의 화소의 응답의 변동을 보상한다. 프로세스는 X 선 빔 (빔 경로로부터 제거 샘플)에 설정하고, 상기 빔이 꺼져 빈 이미지 걸린다. 이 보정은 수집 된 모든 이미지에 적용됩니다. </li><li> (또한 &quot;모드를 왕복&quot;라고 함) &quot;링 유물을 최소화&quot;옵션을 선택; 투영 화상을 취득하는 동안 시료를 각 단계에서 회전한다. 이 날엔로 연결느린 속도로 인수,하지만 링 유물을 제거하는 데 도움이됩니다. </li><li> 획득 탭에서 &quot;획득&quot;버튼을 클릭하여 검색을 시작합니다 (위에 설명 된 설정, 이미지 수집은 약 4 시간 소요됩니다). </li></ol></li></ol> 2. 데이터 재구성 참고 :이 섹션은 원시 이미지합니다 (CT 검사에서 방사선)에서 3D 볼륨 데이터의 재구성에 대해 설명합니다. <ol><li> 프로그램에 원시 데이터를로드합니다. </li><li> 확인 시편 이동하지 않았거나 스캔 설정은 데이터 수집 중에 변경되지 않았습니다하기 위해 첫 번째와 마지막 이미지를 비교하여 (마지막 이미지가 시편의 360 O를 회전 한 후 촬영으로 그들은 거의 동일해야합니다). </li><li> &quot;센터 회전&quot;탭을 선택하고 &quot;시작&quot;을 클릭하여 회전 중심 (COR)를 계산; 사용 옵션은 &quot;자동&quot;COR은 &quot;높은 품질&quot;정확도 및 &quot;이중&quot;(상하) 조각들로 발견COR 계산을위한 선거. </li><li> 복원 할 수있는 샘플 볼륨을 선택하십시오 &quot;볼륨&quot;탭을 선택하고 미리보기 이미지를 사용하여 볼륨 선택 창을 편집 할 수 있습니다. </li><li> &quot;시작&quot;을 클릭하여 3D 데이터를 포함하는 볼륨 파일을 만들 재건을 수행합니다. </li></ol> 3. 데이터 처리 / 분할 주 :이 섹션의 단계들은 단지 이진 영상의 스택을 생성하는 임의의 주변 재료 뿌리 토양을 통해 분기 및 격리로 뿌리를 추적 할 수있는 프로그램 RooTrak에서 추가 처리를 위해 재구성 된 데이터를 준비 채취한다 설명 루트 자체. <ol><li> ImageJ에있는 볼륨 데이터의 처리는 RooTrak 처리 가능한 이미지 스택을 제조 하였다 : <ol><li> ImageJ에에 볼륨 파일을로드합니다. </li><li> 밝기 및 대비 설정을 조정하여 뿌리와 토양 사이의 이미지 대비를 최적화 (/ 밝기 / 명암 ​​대비를 조정 / 이미지를 클릭). 이미지 내의 관심 영역을 표시하고있을 때 Clearly 구별, 설정이 최적화 된 것으로 간주된다. </li><li> JPEG, BMP 또는 PNG 형식의 이미지 스택으로 저장합니다. </li></ol></li><li> 세그먼트 루트에 RooTrak에서 처리 : <ol><li> RooTrak에로드 이미지 스택 ( &#39;도구&#39;탭으로 이동하고 Enter 키를 누릅니다 &quot;트래커&quot;). </li><li> 루트 내부 설정 씨 포인트 : 볼륨 데이터의 상위 뷰 조각에서 보이는 해당 루트의 각 섹션 내에서 여러 지점을 클릭합니다. </li><li> 설정 추적 매개 변수 &quot;부드러움&quot;각각 0.3과 0.8에 &quot;유사성&quot;. </li><li> 추적 기능을 실행합니다. 이 상단 이미지 조각에서 바닥 조각에 모든 방법을 루트를 따릅니다. </li><li> 볼륨 데이터를 시청 한 후, 사용 가능한 데이터 량에 따라 분할 수를 선택; 이 경우, 추적 루트 경계 (추적 루트의 이미지가 토양의에 혼합하기 시작) 잘못 정의 된 6.2 mm의 깊이에 해당하는 200 조각에서 중지되었습니다. 참고 :생성 된 이미지 스택은 출력 디렉토리가 생성 된 곳으로 자동으로 저장됩니다. </li></ol></li></ol> 4. 볼륨 및 표면 분석 참고 :이 단계는 RooTrak에 의해 생성 된 이미지 스택에서있는 isosurface 메쉬 생성을 설명합니다. <ol><li> ImageJ에있는 이진 이미지 형식으로 RooTrak에서 이미지 스택을 변환합니다. &quot;프로세스&quot;다음 &quot;이진은&quot;다음 &quot;이진 만들기&quot;를 선택합니다. </li><li> 삼각형 메쉬를 생성하는 오픈 소스 ImageJ에 플러그인, BoneJ를 사용; ImageJ에있는 &quot;플러그인&quot;을 선택한 후 &quot;BoneJ&quot;다음 &quot;있는 isosurface&quot;를 선택합니다. </li><li> 각각 6, 120 (기본 설정)에 &quot;리샘플링&quot;와 &quot;임계 값&quot;을 설정합니다. &quot;연락처보기면&quot;을 확인하고 &quot;OK&quot;버튼을 누릅니다. </li><li> 은 &quot;3D 뷰어&quot;에서 다음, 다음 &quot;수출면&quot;에서 파일 탭을 클릭합니다 &quot;(이진) STL&quot;로 저장합니다. </li><li> 열기 imeshJ의 STL 파일을 선택하고 미크론의 복셀 크기를 입력합니다. 를 클릭하십시오 &quot;Calculate 표면적 &quot;유사. mm이 총 샘플 루트 표면적을 확보 클릭&quot;3 mm의 총 샘플 루트 볼륨을 구하는 계산 볼륨 &quot;. </li></ol>

<ol><li>MATLAB. , The Mathworks, Inc. Available from: 
	
	 <a target="_blank" href="http://www.mathworks.com/products/matlab">http://www.mathworks.com/products/matlab</a> (2015).</li>
<li>McKenzie, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Rhizosphere%3A+An+Ecological+Perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">The Rhizosphere: An Ecological Perspective.</a> Eur. J. Soil Sci. 59 (2), 416-417 (2008).</li>
<li>Farrar, J., Hawes, M., Jones, D., Lindow, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+roots+control+the+flux+of+carbon+to+the+rhizosphere%5BTitle%5D)+AND+%22Ecology%22%5BJournal%5D)">How roots control the flux of carbon to the rhizosphere.</a> Ecology. 84 (4), 827-837 (2003).</li>
<li>Gregory, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Roots+rhizosphere+and+soil%3A+the+route+to+a+better+understanding+of+soil+science%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Soil+Sci%22%5BJournal%5D)">Roots rhizosphere and soil: the route to a better understanding of soil science?</a> Eur. J. Soil Sci. 57 (1), 2-12 (2006).</li>
<li>Philippot, L., Raaijmakers, J. M., Lemanceau, P., van der Putten, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Going+back+to+the+roots%3A+the+microbial+ecology+of+the+rhizosphere%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Going back to the roots: the microbial ecology of the rhizosphere.</a> Nat. Rev. Microbiol. 11 (11), 789-799 (2013).</li>
<li>Gregory, P. J., Hutchison, D. J., Read, D. B., Jenneson, P. M., Gilboy, W. B., Morton, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+imaging+of+roots+with+high+resolution+X-ray+micro-tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+and+Soil%22%5BJournal%5D)">Non-invasive imaging of roots with high resolution X-ray micro-tomography.</a> Plant and Soil. 255 (1), 351-359 (2003).</li>
<li>Mairhofer, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((RooTrak%3A+Automated+Recovery+of+Three-Dimensional+Plant+Root+Architecture+in+Soil+from+X-Ray+Microcomputed+Tomography+Images+Using+Visual+Tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">RooTrak: Automated Recovery of Three-Dimensional Plant Root Architecture in Soil from X-Ray Microcomputed Tomography Images Using Visual Tracking.</a> Plant Physiol. 158 (2), 561-569 (2012).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Soil-Water-Root+Processes%3A+Advances+in+Tomography+and+Imaging%22">Soil-Water-Root Processes: Advances in Tomography and Imaging</a>. Anderson, S. H., Hopmans, J. W. , Soil Science Society of America. United States. (2013).</li>
<li>Mairhofer, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recovering+complete+plant+root+system+architectures+from+soil+via+X-ray+mu-Computed+Tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Methods%22%5BJournal%5D)">Recovering complete plant root system architectures from soil via X-ray mu-Computed Tomography.</a> Plant Methods. 9, 8(2013).</li>
<li>Lorensen, W. E., Cline, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Marching+cubes%3A+a+high+resolution+3D+surface+construction+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Comput.+Graph%22%5BJournal%5D)">Marching cubes: a high resolution 3D surface construction algorithm.</a> Comput. Graph. 21 (4), 163-169 (1987).</li>
<li>ImageJ: Image Processing and Analysis in Java. , Available from: 
	
	 <a target="_blank" href="http://imagej.nih.gov/ij">http://imagej.nih.gov/ij</a> (2014).</li>
<li>Lobet, G., Draye, X., Perilleux, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+online+database+for+plant+image+analysis+software+tools%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Methods%22%5BJournal%5D)">An online database for plant image analysis software tools.</a> Plant Methods. 9 (38), (2013).</li>
<li>Schmidt, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+iRoCS+Toolbox+-+3D+analysis+of+the+plant+root+apical+meristem+at+cellular+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+J%22%5BJournal%5D)">The iRoCS Toolbox - 3D analysis of the plant root apical meristem at cellular resolution.</a> Plant J. 77 (5), 806-814 (2014).</li>
<li>Galkovskyi, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GiA+Roots%3A+software+for+the+high+throughput+analysis+of+plant+root+system+architecture%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Plant+Biol%22%5BJournal%5D)">GiA Roots: software for the high throughput analysis of plant root system architecture.</a> BMC Plant Biol. 12, 116(2012).</li>
<li>Clark, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3-Dimensional+Root+Phenotyping+with+a+Novel+Imaging+and+Software+Platform%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Physiol%22%5BJournal%5D)">3-Dimensional Root Phenotyping with a Novel Imaging and Software Platform.</a> Plant Physiol. 156, 455-465 (2011).</li>
<li>RootSnap!. , CID Bio-Science. Available from: 
	
	 <a target="_blank" href="https://www.cid-inc.com">https://www.cid-inc.com</a> (2013).</li>
<li>Skye Leaf Area and Analysis Systems and Root Length Measurement System. , Skye Instruments Limited. Available from: 
	
	 <a target="_blank" href="http://www.skyeinstruments.com/products/plant-analysis-systems/leaf-arearoot-length-systems">http://www.skyeinstruments.com/products/plant-analysis-systems/leaf-arearoot-length-systems</a> (2014).</li>
<li>Arsenault, J. L., Pouleur, S., Messier, C., Guay, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((WinRHIZO%E2%84%A2+a+root-measuring+system+with+a+unique+overlap+correction+method%5BTitle%5D)+AND+%22HortSci%22%5BJournal%5D)">WinRHIZO™ a root-measuring system with a unique overlap correction method.</a> HortSci. 30, 906-906 (1995).</li>
</ol>

우리는 공개할 것이 없습니다.

X 선 컴퓨터 단층 촬영 및 입증 여러 오픈 소스 프로그램의 조합은 비 침습적 영상 식물 뿌리 샘플, 세그먼트 루트 데이터, 그리고 3 차원 데이터에서 정량적 정보 (면적 및 볼륨)를 추출 할 수있는 강력한 조합이 될 수 있습니다. 기능을 시각화하고 측정 할 수있는 능력은 항상 스캔 해상도뿐만 아니라 의해 RooTrak 소프트웨어의 한계에 의해 제한된다. 그러나, 스캔 해상도 본 연구의 샘플의 기능의 대부분을 포착하기에 충분한, 그리고 RooTrak 성공적 루트 세그먼트의 상당 부분을 할 수 있었다. 이 작품에 사용 RooTrak의 버전은 (상향 표본 여기서 공부에 상당한 정도로 존재하지 않았다 분기) 위쪽으로 여행 루트 세그먼트를 추적하지 않았다; 이 프로그램의 새로운 버전이 문제 9를 해결합니다. 소개에 암시 된 바와 같이, 문헌 조사는 비용이없는 소프트웨어 옵션은 루트 있습니다 volum을 계산하는 것을 제안센티미터 범위 및 상기 시편의 3 차원 단층...

토양 비 침습적 화상 뿌리 (6, 7)에 어렵게 때문에 뿌리가 근권 2-5의 일부로 식물학의 &quot;보이지 않는&quot;부분을 나타낸다. 그러나, 토양 환경 내 뿌리 성장 및 상호 작용을 연구하면 이해에 중요 루트 / 식물의 성장과 차례로 조림, 식량 안보, 기후에 영향을 미치는 영양소 순환. X 선 단층 촬영 (XCT)는 로컬 환경 8 식물 뿌리 샘플 비침 이미징을위한 가치있는 도구임이 입증되었다. 다른 조건 루트 개발 및 치수 변화를 측정하고, 서로 다른 데이터 세트 / 데이터 시험편을 비교할 수 있도록하기 위해, 하나의 단층 촬영 데이터로부터 정량적 정보를 추출 할 필요가있다. 주변 토양의 뿌리로부터 데이터의 분할, 즉 다른 모든 주위에서 루트 이미지의 분리 (을 포함하여, 예를 들어 인접하는 식물) ACCU 전에 중요한 단계속도 크기 분석을 수행 할 수있다. 그러나, 단순한 임계 접근 루트 데이터를 종종 실행할 수 없게된다. 토양 촬상 식물의 뿌리와 관련된 문제는 루트 재료의 X 선 감쇠 특성의 변동, 및 물과 유기 물질에 의한 뿌리와 토양 사이 감쇄 값의 중복을 포함한다. 이러한 문제는 멋지게 Mairhofer 등의 알에 의해 최근에 해결되었습니다. 시각적 추적 도구 RooTrak 7, 9. 성공적인 분할 후의 다음 단계는 루트 볼륨 표면적의 정확한 결정이다. 부피는 복셀의 개수를 카운트 7 전에 도시 된 바와 같이, 복셀 &#39;크기의 제곱을 곱하여 추정 될 수있다. 루트 표면적과 체적에 대한보다 정확한 결정을 위해, 분할 된 루트 시스템이있는 isosurface 마칭 큐브 (10)으로 알려진 알고리즘을 사용하여, 삼각형 메쉬로 표현 될 수있다. 오픈 소스 ImageJ에 11 번째의 근사치를 이용할 수있다행진 큐브 알고리즘을 기반으로 전자 루트 볼륨. 우리가 아는 한, 오픈 소스 소프트웨어의 제한된 수는 센티미터 범위에서 루트 시편 단층 촬영 기반 볼륨 / 표면 데이터를 계산에 전념 이상 현재 12 사용할 수 있습니다. 우리는 (13)에보고 한 오픈 소스 소프트웨어 뿌리 성장에 초점을 단일 셀 해상도 정량 부피 분석을 가능 셀룰러 기능을 겨냥한다. 전체 루트 시스템 (14)에 전념 일부 오픈 소스 소프트웨어는 모양이 실제로 관상이라는 근사치를 기반으로 작은 직경의 관 루트 시스템을위한 우수하다. 그러나 2D 이미지와 함께 몇 가지 작업 및 3D 14 스택을 처리 할 수 없습니다. 이러한 나무의 것과 같은 거친 표면과 균일하지 않은 모양과 루트 시스템, 연구 할 때 또한, 관 모양의 근사치가 유효하지 않을 수 있습니다. 또 다른 방법 (15)은 제 혁신적 우회 2 차원 회전 이미지 시퀀스를 사용전자 고가의 CT 스캐너를 위해 필요합니다. 또한, 측정 기록, 표시 시스템 길이를 뿌리. 우리는 상업적으로 16 ~ 18 사용할 수 만에서 테스트 한 소프트웨어; 하나는 제는 색상 분석 (18)에 기초하는 동안 두번째, 잎 면적 루트 길이 측정 도구 17, 3D 이미지를 처리 할 수 있도록 스택 (16)이 표시되지 않는다. 이 조사를 바탕으로 3 차원 단층 촬영 데이터와 관계없이 그 형상의 루트면 및 볼륨에 가까운 무료의 옵션이 바람직하다고 제안한다. 자유롭게 사용할 RooTrak 및 ImageJ에 바탕, 우리는 분할 루트 데이터로부터 생성 된있는 isosurface 메쉬 (표면 조형 파일)을 처리하는 (기업 코드 파일 참조) imeshJ라는 프로그램을 개발하고,하여 루트의 부피와 표면적을 계산 한 메쉬 삼각형 인덱스 데이터에 단순한 기하학적 계산을 수행. 여기에서는, XCT 영상의 사용을 결합하는 방법을보고삼각형 메쉬 데이터 재구성 시각화 (소프트웨어 CT 프로 3D 및 VG 스튜디오), 3 차원 데이터 (개방 소스 소프트웨어 ImageJ에 및 RooTrak)에서 토양 시료의 루트 세그먼트와 표면 및 체적 정보 추출 (ImageJ에 컴퓨터 코드 imeshJ).

<table><tbody><tr><td>X-Tek/Metris XTH 320/225 kV&nbsp;</td><td>Nikon Metrology</td><td></td><td>X선 단층 촬영 스캐너</td></tr><tr><td>Inspect X</td><td>Nikon Metrology</td><td></td><td>기기 제어 소프트웨어</td></tr><tr><td>CT Pro 3D</td><td>Nikon Metrology</td><td></td><td>재구성 소프트웨어, 버전 XT 2.2</td></tr><tr><td>VG Studio MAX</td><td>Visual Graphics GmbH</td><td></td><td>3D 볼륨용 시각화 소프트웨어, 버전 2.1.5</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>오픈 소스</td><td></td><td>이미지 처리 및 분석 소프트웨어, 버전 1.6</td></tr><tr><td>RooTrak</td><td>오픈 소스</td><td></td><td>루트 세분화 소프트웨어, 버전 0.3.1-b1 베타</td></tr><tr><td>imeshJ</td><td>EMSL</td><td></td><td>MATLAB 스크립트 저자가 개발</td></tr> 한 <tr><td>Prairie dropseed 잔디 샘플</td><td></td><td></td><td>주거 지역의 땅에서 얻은 샘플</td></tr></tbody></table>

3 차원 루트 시스템에 대한 통계를 추출 : 볼륨 및 표면 분석에-토양 x 선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서

Extracting Metrics for Three-dimensional Root Systems: Volume and Surface Analysis from In-soil X-ray Computed Tomography Data

식물 뿌리는 기후 변화와 작물 관리에 중요한 의미가있는 중요한 근권에서 발생하는 식물 토양 미생물의 상호 작용의 역할뿐만 아니라 프로세스를 재생할 수 있습니다. 그 나라의 환경에서 뿌리의 양이 크기 정보는 뿌리 성장과 식물을 포함하는 환경 프로세스를 연구하기위한 귀중한입니다. X 선 컴퓨터 단층 촬영 (XCT)는 현장에서 루트 검색 및 분석을위한 효과적인 도구로 증명되었다. 우리는 3 차원 단층 촬영 데이터와 관계없이 그 형상의 루트면 및 볼륨에 가까운 비용이없는 효율적인 툴을 개발하는 목적. 프레리의 dropseed의 루트 구조는 (Sporobolus의 heterolepis) 시편 XCT를 사용하여 몇 군데 있었다. 루트 재구성하고, 기본 루트 라이센스 구조는 오픈 소스 소프트웨어의 조합을 사용하여 데이터로부터 추출 하였다. 있는 isosurface 다각형 메쉬는 다음 분석의 편의를 위해 만들어졌습니다. 우리는 t을 개발했다그 메시의 루트 볼륨과 표면적을 계산 한 MATLAB 생성 imeshJ 애플리케이션을 독립. imeshJ의 출력면 (mm 2) 영역 (mm 3) 볼륨이다. 정량적 루트 분석 이미징 도구의 독특한 조합을 이용하는 과정은 설명한다. 증명 XCT의 조합 오픈 소스 소프트웨어는 비 침습적 영상 식물 뿌리 샘플, 세그먼트 루트 데이터, 그리고 3 차원 데이터에서 정량적 정보를 추출 할 수있는 강력한 조합이 될 수 있습니다. 3D 데이터를 처리하는이 방법은 세그멘테이션 발생할 유사 X 선 감쇄 컴포넌트 간의 연결 및 어려움이있을 다른 물질 / 시료 시스템에 적용되어야한다.

이 구성된 표본은 기본 잔디 프레리 dropseed (Sporobolus의 heterolepis)과이 주거 지역에서 가져온 그림 1에서 볼 수있는 작은 튜브 모양의 홀더에 넣고 주위에 원래 토양의 줄기. 재구성 된 데이터 복셀 크기가 약 31이었다 μm의 X 31 μm의 X 31 μm의. 재구성 된 볼륨 파일 오픈 소스 화상 처리 프로그램 ImageJ에 1.6 (11)를 사용하여 선택 방향 (상면)의 이미지의 스택을 작성 하였다. 볼륨 데이터는 뿌리와 토양 값 사이의 콘트라스트를 증가시키는이 프로그램에 밝아졌다. 재구성 된 데이터로부터, 뿌리와 토양, 대부분의 유기 물질의 일부 구성 요소가 이미지에 더 그레이 스케일 대비에 조금의 결과와 매우 유사 X 선 감쇠 계수 (그림 2)가 명확했다. <p class="jove_content" fo:keep-together.wi...

- 토양에 취득한 X 선 단층 촬영 데이터로부터 영상 및 정량 루트 구조 정보를 획득하기위한 방법이 제시된다.

3 차원 루트 시스템에 대한 통계를 추출 : 볼륨 및 표면 분석에-토양 X 선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서

Plant roots play a critical role in plant-soil-microbe interactions that occur in the rhizosphere, as well as processes with important implications to ...

이 절차의 전반적인 목표는 토양 내 X선 컴퓨터 단층 촬영 데이터로부터 식물 뿌리에 대한 정량적 정보를 추출하는 것입니다. 살아있는 식물의 뿌리 구조를 조사하는 이 방법은 식물이 가뭄, 미생물 활동 등과 같이 변화하는 환경 조건에 어떻게 반응하는지와 같은 생물학 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 비침습적이라는 점이며, 따라서 식물을 원래의 환경인 토양 내에서 연구할 수 있게 해줍니다.이 방법은 단층 촬영, 데이터 재구성 및 분석을 포함하여 시각적 보조 없이는 이해하기 어려운 수많은 단계로 구성되어 있으므로, 시각적 시연이 매우 유용합니다. 우선, 목표 배율에 맞는 원하는 거리에 X-선 단층 촬영 스캐너의 시료 조작기에 화분을 배치하십시오. 직경 2 inch 홀더에 담긴 식물의 경우, 시료와 광원 사이의 거리를 약 3 inch로 설정하십시오.기기 제어 소프트웨어에서 X선 전력 설정을 85 kilovolts 및 190 microamps로 설정하십시오. 그 다음, 더 나은 신호 대 잡음비를 위해 노출 시간을 1초로 설정하십시오. 양호한 데이터 통계치를 얻기 위해 투영 횟수는 3,142회로, 투영당 프레임 수는 4회로 설정하십시오.방금 설정한 스캔 파라미터를 사용하여 "Shading Correction" 탭을 선택하십시오. 그런 다음 "New"를 클릭하고 쉐이딩 보정 파일의 이름을 지정하십시오. 이어서 "Present"를 클릭하여 새로운 조건을 확정하십시오.다음으로, 두 개의 참조 이미지를 사용하기 위해 "Create"를 클릭하고 "OK"를 클릭하십시오. 그런 다음 Generate를 클릭하십시오. 경고 팝업 창이 나타나면, OK를 클릭하기 전에 빔 경로에서 샘플을 물리적으로 제거하십시오. 이제 쉐이딩 보정이 실행됩니다.이제 "Acquisition" 탭을 클릭하십시오. 데이터 파일의 이름을 지정한 다음, X-ray 필터로 "None"을 선택하십시오. 투사 이미지를 획득하는 동안 샘플이 각 단계별로 회전하도록 "Minimise ring artefacts" 체크박스가 선택되어 있는지 확인하십시오.마지막으로, "Acquire" 버튼을 클릭하여 스캔을 시작합니다. 원시 데이터를 획득한 후, 이를 재구성 프로그램으로 불러옵니다. "Blink"를 클릭하여 첫 번째 이미지와 마지막 이미지를 비교함으로써 데이터 획득 중에 시편이 이동하지 않았는지 또는 스캔 설정이 변경되지 않았는지 확인하십

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Research

연구

JoVE Journal

Environment

환경

고해상도 X 선 계산 단층 촬영 (HRCT)는 3D로 공장 vasculature의 구조와 기능을 연구하는 데 사용할 수있는 비파괴 진단 이미징 기술이다. 우리는 식물 조직 및 종의 다양한 범위에 걸쳐 목부 네트워크 탐색을 용이하게하는 방법 HRCT 보여줍니다.

공장 Vasculature의 3 차원 구조 및 기능을 시각화하기 위해 높은 해상도로 계산 된 단층 촬영을 사용하여

이 프로토콜은 시중에서 구입할 수있는 평판 스캐너를 사용하여 중력 자극에 응답 애기 모종의 이미지를 신속하게 수집을위한 프로세스를 설명합니다. 방법은 다운 스트림 분석 알고리즘에 대한 의무 고해상도 이미지의 저렴한 대용량 포착을 허용한다.

애기 장대 루트 Gravitropic 응답의 고해상도 시간 경과 이미지를 수집하는 평판 스캐너를 사용하여

이 연구는 지하 수문, 지구 화학 및 토양 모형 매립의 미생물 학적 이질성을 조사하기위한 굴착 방법을 제시한다. 모형 매립은 균일 한 상태에서 처음이었고, 18 개월 기간에 관개의 팔 사이클을 통해 물을 약 5,000mm에 실시한 인공 hillslope을 시뮬레이션합니다.

결합 문학, 지구 화학 및 미생물 조사를위한 토양 모형 매립 발굴

실험 프로토콜은 RGB와 hyperspectral 화상 식물 루트 시스템을 성장 하는 토양의 평가 대 한 제공 됩니다. RGB 이미지 시간 시리즈 hyperspectral에서 chemometric 정보 검색의 조합 공장 루트 역학에 대 한 통찰력을 최적화 합니다.

RGB 및 식물 형질 및 생리 적 연구에 대 한 스펙트럼 루트 이미징: 실험적인 체제 및 프로토콜을 이미징

이 프로토콜은 표면 조건에 선 microtomography 하 여 얻은 3 차원 이미지를 사용 하 여 불투명 한 다공성 매체 (탄화수소 공기 통 바위)의 복잡 한 일로 조건 특성 제공 됩니다.

기 공-규모 이미징 및 x 선 Microtomography를 사용 하 여 표면 상태에 탄화수소 공기 통 바위 습윤의 특성

프리 프로세스 토양 형성의 중요 한 구성 요소 이며 토양 속성 및 풍경에 공간 구조 결정에 중요 한 역할. 우리 stepwise 주성분 회귀를 사용 하 여 다양 한 공간적 스케일에 걸쳐 토양 재배포 및 토양 유기 탄소를 예측 하는 새로운 접근 방식을 제안 합니다.

토양 재배포 및 토양 유기 탄소를 매핑할 지형 모델 확장에 대 한 주요 부품의 사용

우리는 옥수수 조직 일반 microcomputed 단층 촬영 스캐닝 적합의 x 선 흡수 명암을 개선 하기 위해 새로운 방법을 제공 합니다. CT 이미지를 바탕으로, 우리 옥수수의 혈관 번들의 미세한 고기를 효과적으로 추출 하는 다른 옥수수 자료에 대 한 이미지 처리 워크플로 집합을 소개 합니다.

X 선 Microcomputed 단층 촬영에 따라 옥수수 혈관 번들의 미크론 단위 형질 기법

이 프로토콜은 트라이축 압축 중에 세분화된 토양의 고공간 해상도 컴퓨터 단층 촬영(CT) 이미지를 획득하고 이러한 CT 이미지에 이미지 처리 기술을 적용하여 입자 규모의 기계적 거동을 탐구하는 절차를 설명합니다. 하중의 토양.

싱크로트론 X선 마이크로 단층 촬영을 사용하여 전단 하에서 세분화된 토양의 고장 및 관련 곡물 스케일 기계적 거동 시각화

이 프로토콜은 대량 분광화상 이미징과 결합된 박막(DGT)의 확산 그라데이션을 사용하여 다중 음순 무기 영양소 및 오염 물질 용성 종의 하위 mm 2D 시각화를 위한 워크플로우를 제공합니다. 솔루트 샘플링 및 고해상도 화학 분석은 지상 식물의 뿌리 부피에서 솔틸테의 정량적 매핑을 위해 자세히 설명된다.

토양의 2차원 시각화 및 래빌, 무기 식물 영양소 및 오염 물질의 정량화

Micro-CT는 식물 구조를 3차원으로 분석할 수 있는 비파괴 도구입니다. 현재 프로토콜은 기생 식물 구조 및 기능을 분석하기 위해 마이크로 CT를 활용하기 위한 샘플 준비를 설명합니다. 특정 제제와 결합 될 때이 방법의 장점을 강조하기 위해 다른 종이 사용됩니다.

Micro-CT 스캐닝을 활용하여 기생 식물-숙주 상호작용 분석

여기에서는 X선 컴퓨터 단층 촬영 도구 체인을 사용하여 나무 코어를 처리하는 방법을 보여줍니다. 일부 목적을 위한 화학적 추출을 제외하고는 추가적인 물리적 실험실 처리가 필요하지 않습니다. 툴체인은 바이오매스 추정, MXD/나이테 너비 데이터 획득 및 정량적 목재 해부학 데이터 획득에 사용할 수 있습니다.

X선 컴퓨터 단층 촬영을 사용한 나무 코어 분석

학습하세요 토양 내 X선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서 식물 뿌리 구조를 비침습적으로 분석하는 방법을. 뿌리 부피와 표면적을 정량화하여 환경 변화에 대한 식물 반응을 연구할 수 있습니다.

3 차원 루트 시스템에 대한 통계를 추출 : 볼륨 및 표면 분석에-토양 X 선 컴퓨터 단층 촬영 데이터에서

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