Микрокомпьютерная томография спинного мозга мыши

1. Монтаж образца (кости)

1. 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%.
2. 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

1. Включите источник рентгеновского излучения на энергию около 90 кэВ (90 кВ и 10 Вт).
2. После того, как источник прогреется и осядет на энергии, получите изображение с помощью программного обеспечения системы.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. По мере этого уточняйте поле зрения образца, смещая предметный столик с помощью его линейных приводов.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. 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.

1. 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.
2. 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.
3. Отправьте скан.
4. 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).
5. 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.
6. 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.
7. Отправить реконструкцию.