Obrazowanie mikrotomografią rdzenia kręgowego myszy

1. Montaż próbki (kości)

1. W celu zbadania sieci kości, takiej jak kręgosłup, należy zawiesić strukturę w żelu agarozowym i pozostawić do utwardzenia w bardzo cienkościennej plastikowej tubie (ryc. 2). Cienkość tuby jest bardzo ważna, co ma duży wpływ na przepustowość sygnału i ogólną jakość obrazu. To z kolei wpływa na zdolność do rozpoznawania obiektów. Wartość transmisji lampy powinna być jak najbardziej zbliżona do 100%.
2. Zamontuj probówkę na stoliku na próbkę za pomocą taśmy lub wykonując niestandardowy stojak, ostatecznie upewniając się, że próbka jest nieruchoma i stabilna, gdy stolik się obraca.

Ryc. 2: Kręgosłup myszy zawieszony w żelu agarozowym w cienkościennej plastikowej rurce umieszczonej na stoliku na próbki systemu mikro-CT.

2. Akwizycja obrazu

1. Włącz źródło promieniowania rentgenowskiego na energię w zakresie około 90 keV (90 kV i 10 W).
2. Po rozgrzaniu się źródła i ustabilizowaniu się na energii, uzyskaj obraz za pomocą oprogramowania systemu.
3. Sprawdź wartość transmisji, normalizując obraz względem obrazu powietrza. W celu automatycznego pozyskiwania i aplikacji referencyjnej upewnij się, że próbka może poruszać się w danym kierunku bez awarii.
4. Jeśli obraz ma zbyt dużą transmisję, stopniowo zmniejszaj energię, aż wartość transmisji będzie wystarczająca. Pamiętaj, aby odpowiednio wydłużyć czas naświetlania, aby obraz nie wyglądał na zaszumiony i ziarnisty. Jeśli obraz ma zbyt niską transmisję, zwiększaj energię stopniowo, aż wartość transmisji będzie wystarczająca.
5. Zacznij przesuwać źródło promieniowania rentgenowskiego bliżej próbki, bardzo uważając, aby ich nie rozbić. Zbliżenie źródła do próbki tak blisko, jak to możliwe, jest krokiem w kierunku maksymalizacji przepustowości i zapewnienia najlepszej możliwej rozdzielczości.
6. W tym celu należy zawęzić pole widzenia próbki, przesuwając stolik na próbkę za pomocą jego siłowników liniowych.
7. Oprogramowanie pokaże parametr znany jako rozmiar piksela, który jest traktowany podobnie do obecnej rozdzielczości (choć rzeczywiście jest inny).
   1. Jeśli liczba jest nadal zbyt duża, a źródło znajduje się bardzo blisko, detektor może zacząć oddalać się od próbki.
   2. Jeśli liczba jest zbyt mała, ostrożnie przesuń detektor bliżej próbki.
   3. Wypróbuj również różne obiektywy optyczne i pozycje detektora, ale uważaj na komplikacje, które to wprowadza podczas próby optymalizacji parametrów skanowania.
8. Sprawdź każdą orientację próbki, aby upewnić się, że nie ma awarii, aby znaleźć najlepszy czas ekspozycji. Dzieje się tak ze względu na zmianę odległości roboczej, rozmiaru piksela i pozycji próbki.
9. Powoli obracaj próbkę w krokach co 2 stopnie, monitorując jej położenie względem źródła i detektora za pomocą kamery w szafie. Pamiętaj, aby odsunąć źródło i detektor, jeśli może dojść do kolizji.
10. Znajdź najdłuższą długość ścieżki promieniowania rentgenowskiego, która skutkuje najniższą liczbą zliczeń/wartości transmisji i znajdź czas ekspozycji potrzebny do zabezpieczenia około 5000 zliczeń wszędzie.

3. Poddanie i rekonstrukcja tomografii

Proces rekonstrukcji z perspektywy użytkownika nie jest bardziej skomplikowany niż którykolwiek z pozostałych parametrów wybranych we wcześniejszych krokach. Jednak koszty programowania i obliczeń związanych z tym procesem są w rzeczywistości dość znaczne. Użytkownicy muszą dążyć do jak najlepszego zrozumienia, co dzieje się pod płynnym interfejsem użytkownika oprogramowania i jak decyzje wpływają na produkt końcowy. Wiele systemów CT wykorzystuje iteracyjne algorytmy rekonstrukcji algebraicznej, w których rzuty 2D są przekształcane w serię równań liniowych opisujących wartości pikseli. Niektóre inne systemy wykorzystują algorytmy odwzorowania wstecznego z filtrem, w których transformaty radonowe przekształcają projekcje w sinogram, a następnie przechodzą przez szereg operacji integracji linii. Oczywiście niektórzy stosują inne podejścia, a nawet metody hybrydowe. Na najniższym poziomie zaangażowania w te algorytmy wiadomo, że liczba projekcji i całkowite obrócone przemieszczenie mają wpływ na ostateczną zrekonstruowaną objętość.

1. Najpierw zdecyduj, czy chcesz skanować w zakresie 180° czy 360° w oparciu o współczynnik proporcji próbki. Jeśli próbka ma wysoki współczynnik kształtu, tak że długość ścieżki promieniowania rentgenowskiego jest około 4 lub więcej razy dłuższa w orientacji 90° niż orientacja 0°, lepszym wyborem byłoby skanowanie pod kątem 180°. (Argument jest taki, że informacje zebrane na temat krótkiej długości ścieżki promieniowania rentgenowskiego nie różnią się zbytnio z jednej strony na drugą. Jeśli więcej projekcji można poświęcić długim orientacjom długości ścieżki rentgenowskiej, to zestaw danych na tym skorzysta. Przemieszczenie kątowe między projekcjami będzie mniejsze, a więcej informacji z tych skomplikowanych orientacji będzie wprowadzanych do algorytmów rekonstrukcji). Jeśli współczynnik proporcji nie jest tak wysoki, użyj skanów 360°.
2. Następnie wybierz liczbę rzutów i całkowite przemieszczenie kątowe, które będą dyktować kąt między rzutami. Im mniejszy ten kąt, tym mniej interpolacji zostanie przeprowadzone, a mniej drobnych informacji o obiektach zostanie obciętych. (Należy ustalić równowagę, ponieważ więcej projekcji oznacza dłuższy czas skanowania, co koreluje z większym oknem, w którym próbki mogą się poruszać, krótszym czasem skanowania innych rzeczy i krótszym czasem życia źródła. Zasadą jest, aby mieć co najmniej 800 projekcji w zakresie 360° i nie przekraczać 3200 projekcji.
3. Prześlij skan.
4. Po zakończeniu tomografii (zwykle od 4 do 16 godzin) wprowadź serię obrazów 2D do oprogramowania do rekonstrukcji systemu (lub innego oprogramowania open source).
5. Wybierz optymalną korekcję przesunięcia środkowego. Przesunięcie środka to parametr, który wyrównuje projekty w celu wyrównania (pomyśl o z grubsza przetasowanej talii kart, które należy zebrać i wyrównać, aby leżały jak schludny stos). Ta wartość wynosi zwykle od -10 do 10 pikseli.
6. Wybierz optymalny współczynnik korekcji utwardzenia belki. Korekcja utwardzania wiązki to sztuczne usuwanie kontrastu powstałego w wyniku filtrowania próbek. Jeśli próbka jest wystarczająco gruba lub zawiera szereg lekkich i ciężkich materiałów, będzie miała fałszywy kontrast oparty na tłumieniu niskoenergetycznego (miękkiego) promieniowania rentgenowskiego. Należy to stosować zachowawczo. Średnia wartość mieści się w przedziale od 0 do 0,5.
7. Prześlij rekonstrukcję.