How are X-rays generated in a micro-CT system?

In a micro-CT system, negatively charged electrons are shot in a vacuum where they strike a target material. As electrons decelerate through the target, they emit X-rays through a phenomenon called bremsstrahlung, or braking radiation. These X-rays then leave the source and interact with the sample before reaching the detector.

What is the difference between CT and micro-CT imaging?

Both CT and micro-CT use the same basic principle of reconstructing three-dimensional volumes from a series of two-dimensional X-ray projections at different orientations. However, micro-CT produces much higher resolution images of smaller volumes, making it ideal for detailed analysis of biological samples and small structures.

Why do bones appear white in X-ray images?

Bones appear white in X-ray images because they contain large amounts of atomic calcium, which absorbs X-rays more strongly than soft tissue. The absorbed X-rays do not reach the detector, creating a bright white appearance in the image. This differential absorption is the predominant interaction measured in micro-CT imaging.

What transmission value range is ideal for micro-CT imaging?

The transmission value, calculated as the intensity of X-rays reaching the detector divided by the initial intensity, should ideally be between 5 and 95 percent for all sample orientations. The best results occur in the middle range of this spectrum. This value is checked by normalizing sample images against images of air.

How should a biological sample be prepared for micro-CT scanning?

A biological sample should be suspended in agarose gel and cured in a thin-walled plastic tube to prevent movement and dehydration. The tube walls should be as thin as possible to reduce signal loss and improve image quality. The sample must be mounted securely on the rotational stage to remain stationary during scanning.

What factors determine the number of projections needed in a micro-CT scan?

The number of projections depends on the sample's aspect ratio and desired resolution. A rule of thumb is to acquire at least 800 projections, but typically no more than 3,200 projections over a 360-degree scan. Smaller angles between projections decrease interpolation of fine features but increase scan time.

What applications extend beyond biological imaging for micro-CT technology?

Micro-CT applications extend to microelectronics characterization, geology, additive manufacturing, and fuel cell analysis. Engineers use micro-CT to analyze device failure, reverse engineer components, and create three-dimensional structures from scan data. High-resolution imaging enables detailed structural analysis across diverse scientific and industrial fields.

Микрокомпьютерная томография спинного мозга мыши

0 просмотров11:18 мин.

1. Монтаж образца (кости)

Для исследования сети костей, как и позвоночника, подвешивают конструкцию в агарозном геле и дают отверждиться в очень тонкостенной пластиковой трубке (рис. 2). Тонкость трубки очень важна, она сильно влияет на пропускную способность сигнала и общее качество изображения. Это, в свою очередь, влияет на вашу способность разрешать объекты. Коэффициент пропускания трубки должен быть максимально приближен к 100%.
Закрепите пробирку на предметном столике с помощью ленты или с помощью специальной подставки, что в конечном итоге обеспечит неподвижность и устойчивость образца при вращении предметного столика.

Рисунок 2: Позвоночник мыши, подвешенный в агарозном геле внутри тонкостенной пластиковой трубки, сидящей на предметном столике системы микрокомпьютерной томографии.

2. Получение изображений

Включите источник рентгеновского излучения на энергию около 90 кэВ (90 кВ и 10 Вт).
После того, как источник прогреется и осядет на энергии, получите изображение с помощью программного обеспечения системы.
Проверьте значение пропускания, нормализовав изображение по отношению к изображению воздуха. Для автоматического получения эталонных данных и их применения убедитесь, что образец может двигаться в заданном направлении без столкновений.
Если изображение имеет слишком высокую степень пропускания, постепенно снижайте энергию до тех пор, пока значение пропускания не станет достаточным. Обязательно увеличьте время экспозиции соответственно, чтобы изображение не выглядело шумным и зернистым. Если изображение имеет слишком низкое пропускание, увеличивайте энергию постепенно, пока значение пропускания не станет достаточным.
Начните перемещать источники рентгеновского излучения ближе к образцу, при этом будьте очень осторожны, чтобы не разбить их. Максимально приближение источника к образцу — это шаг в направлении максимизации пропускной способности и обеспечения наилучшего возможного разрешения.
По мере этого уточняйте поле зрения образца, смещая предметный столик с помощью его линейных приводов.
Программное обеспечение покажет параметр, известный как размер пикселя, который обрабатывается аналогично текущему разрешению (хотя на самом деле он отличается).
1. Если число все еще слишком велико и источник находится очень близко, детектор может начать удаляться от образца.
2. Если число слишком мало, осторожно переместите детектор ближе к образцу.
3. Также попробуйте использовать другие оптические объективы и положения детектора, но остерегайтесь сложностей, которые это может вызвать при попытке оптимизировать параметры сканирования.
Проверьте каждую ориентацию образца, чтобы убедиться в отсутствии столкновений, чтобы найти наилучшее время экспозиции. Это происходит из-за изменения рабочего расстояния, размера пикселя и положения образца.
Медленно поворачивайте образец с шагом 2 градуса, контролируя его положение относительно источника и детектора с помощью встроенной камеры в шкафу. Обязательно отодвиньте источник и детектор в сторону, если может произойти столкновение.
Найдите самую длинную длину рентгеновского пути, которая приводит к наименьшему количеству отсчетов/значений передачи, и определите время экспозиции, необходимое для обеспечения около 5000 подсчетов в любом месте.

3. Сдача и реконструкция томографии

Процесс реконструкции с точки зрения пользователя не сложнее, чем любой другой выбор параметров, сделанный на предыдущих шагах. Тем не менее, затраты на программирование и вычисления для этого процесса на самом деле весьма существенны. Пользователи должны стремиться к лучшему пониманию того, что происходит за плавным программным интерфейсом и как решения влияют на конечный продукт. Многие системы компьютерной томографии используют итерационные алгоритмы алгебраической реконструкции, в которых 2D-проекции преобразуются в серию линейных уравнений, описывающих значения пикселей. В некоторых других системах используются алгоритмы отфильтрованной обратной проекции, в которых радоновые преобразования преобразуют проекции в синограмму, а затем проходят через серию операций интеграции линий. Конечно, некоторые используют другие подходы и даже гибридные методы. На самом низком уровне вовлеченности в эти алгоритмы известно, что количество проекций и суммарное вращаемое смещение оказывают влияние на итоговый восстановленный объем.

Во-первых, решите, следует ли сканировать на 180° или на 360° в зависимости от соотношения сторон образца. Если образец имеет высокое соотношение сторон, так что длина рентгеновского пути примерно в 4 или более раз больше при ориентации 90°, чем при ориентации 0°, то сканирование под углом 180° будет разумным выбором. (Аргумент заключается в том, что информация, собранная на короткой длине рентгеновского пути, не так уж сильно отличается от одной стороны к другой. Если больше проекций может быть выделено для ориентации длинной длины рентгеновского пути, то набор данных выиграет. Угловое смещение между проекциями будет меньше, и больше информации от этих сложных ориентаций будет вводиться в алгоритмы реконструкции.) Если соотношение сторон не такое высокое, используйте 360°-сканы.
Затем выберите количество проекций и общее угловое смещение, которое будет диктовать угол между проекциями. Чем меньше этот угол, тем меньше будет проведена интерполяция и тем меньше будет усечено количество мелкой информации об объектах. (Необходимо установить баланс, потому что большее количество проекций означает более длительное время сканирования, что коррелирует с большим окном, в котором образцы могут перемещаться, меньшим временем на сканирование других объектов и более коротким сроком службы источника. Эмпирическое правило заключается в том, что должно быть не менее 800 проекций на 360° и не более 3200 проекций.
Отправьте скан.
После завершения томографии (обычно от 4 до 16 часов) перенесите серию 2D-изображений в программное обеспечение системы (или какое-либо программное обеспечение с открытым исходным кодом).
Выберите оптимальную поправку на смещение центра. Смещение центра — это параметр, который выравнивает проекты по линии (представьте себе грубо перетасованную колоду карт, которые нужно собрать и выровнять, чтобы они располагались как аккуратная стопка). Это значение обычно находится в диапазоне от -10 до 10 пикселей.
Выберите оптимальный поправочный коэффициент упрочнения луча. Коррекция упрочнения луча – это искусственное удаление контраста, полученное путем фильтрации образцов. Если образец достаточно толстый или содержит ряд легких и тяжелых материалов, он будет иметь ложный контраст, основанный на затухании низкоэнергетических (мягких) рентгеновских лучей. Это следует применять консервативно. Среднее значение находится где-то между 0 - 0,5.
Отправить реконструкцию.