Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nın Yüksek Akı İzotop Reaktöründe Nötron Radyografisi ve Biyolojik Sistemlerin Bilgisayarlı Tomografisi

Besin radyografisi ve bilgisayarlı tomografi, besinlerin hidrojen atomlarına duyarlılığı nedeniyle biyolojik örnekleri ölçmek için benzersiz bir şekilde konumlandırılmıştır. Bu tekniklerin temel avantajı, doku örneklerinde hidrojen içeriğinin veya bitki köklerinde ve toprakta su içeriğinin tahribatsız ve invaziv olmayan üç boyutlu haritalarını sağlamaktır. Besin görüntüleme, enerji malzemeleri, malzeme bilimi, mühendislik, bitkiler, toprak, su hareketleri vb. gibi birçok farklı araştırma alanına uygulanabilir.

Bu teknik, radyasyona maruz kalma riskleri nedeniyle tedavi veya enstitü teşhisi için kullanılamaz. Bununla birlikte, örneğin küçük rezeke edilmiş sağlam tümörlerde tümör kenar boşluklarını belirlemek için kullanılabilir. Bu teknikle ilgilenen bir kişinin bizimle iletişime geçmesini ve araştırma sorularını tartışmasını öneririm.

Bilgilerimiz web sitemizde neutrons.ornl.gov mevcuttur. Prosedürü gösteren, bir Nötron Saçılma Bilimcisi olan Yuxuan Zang, Bilgisayar Enstrümanı Bilimcisi Jean Bilheux ve Görüntüleme ekibimizden Bilimsel Ortak Erik Stringfellow olacaktır. Başlamak için, Beamline bilgisayarında bir terminal penceresi açın.

CSS yazın ve kullanıcı arabirimini başlatmak için Enter tuşuna basın. Varsayılan olarak açılmazsa, APEX Imaging arabirimini açmak için Menü sekmesindeki Kullanıcı Ana Sayfası seçeneğini belirleyin. Arayüzün ilk sekmesinde, ProposalCameraSE Device, Kamera/Dedektörler'in yanındaki Optik düğmesine tıklayarak Beamline optiklerini seçin.

İğne deliği açıklığının boyutunu ve yarık sisteminin açılmasını ayarlamak için Yarıklar düğmesine tıklayın. Dönme aşamasını, numunenin yerleştirileceği XY aşamalarına cıvatalayın. CCD dışında bir Dedektör kullanıyorsanız, istenen uzamsal çözünürlüğe ve odak uzaklığına göre bir lens seçin.

Kamerayı odakladıktan sonra, görüntüyü nötron sintilatörünün bulunduğu yere odaklayın. Ardından, lens odağını nötronlarla hassas bir şekilde ayarlamak için dedektör sintilatörüne nötron emici bir çözünürlük maskesi yerleştirin. Daha sonra, APEX'i kullanarak, dedektör motorunu hareket ettirmeyi otomatikleştirin ve aynadan farklı dedektör konumlarını kullanarak aşırı radyografileri toplayın.

Fiji veya ImageJ gibi bir görüntü yazılımı aracında çizgi çiftlerini değerlendirerek radyografileri karşılaştırın. Ardından, numuneyi uygun bir alüminyum kaba veya ağır hizmet tipi alüminyum folyoya sabitleyin ve numuneyi dedektöre mümkün olduğunca yakın bir dönme aşamasına yerleştirin. Numune-dedektör mesafesini ölçün ve numuneyi çıkarın.

Bu Beamline yapılandırmasında örnek konumundaki piksel boyutunu değerlendirmek için bunu çözünürlük maskesiyle değiştirin. Bilinen bir özellik boyutu kullanarak, piksel boyutunu belirlemek için özellikteki piksel sayısını değerlendirin. Örneği döndürme aşamasında yeniden konumlandırın.

Ardından, APEX arabirimindeki Numuneyi Hizala sekmesini kullanarak, numune dedektörün tam görünümüne ulaşana kadar hareket halindeyken ardışık ve hızlı radyografiler alarak numuneyi nötron ışınıyla hizalayın. Örnek hizalama dosyasını kaydedin. BT taramasına başlamadan önce, Numuneyi Hizala sekmesini tıklatın ve radyografileri ışınla farklı numune yönlerinde oluşturulurken değerlendirerek numunenin farklı açılardan görüş alanında kaldığını doğrulamak için Otomatik Numune Döndürme denetimi seçeneğini kullanın.

ProposalCameraSE Device adlı ilk APEX sekmesini seçin. Teklif Değiştir veya Örnek düğmesine tıklayın. Sağdaki örnek listesinde ve soldaki teklif listesinde ölçülecek proje numarasını ve örnek kimliğini seçin.

Ana APEX arayüzüne geri dönmek için geri okunu kullanın. Kamera Algılayıcısı seçenek listesinde, kullanılabilir dört dedektör ve/veya CCD ve/veya sCMOS, SBIG CCD veya MCP arasından dedektörü seçin. Örnek Ortam Aygıtı bölümünde, Döndürme Aşaması, BT Taraması'na tıklayın.

Ardından, taranacak örneğe karşılık gelen döndürme aşamalarından birini seçin. Sekmenin alt kısmında, Veri Toplama Modu'nu seçin ve Beyaz Işın'ı seçin. Ardından, Örneği Hizala adlı ikinci APEX sekmesini seçin.

Örnek bir dosya adı yazın ve Enter tuşuna basın. Alt klasör adı için bu işlemi yineleyin. Örnek hizalanmış ve BT için hazır olduğunu varsayalım. İstediğiniz bir edinme zamanını seçin ve farklı edinme sürelerine sahip bir dizi radyografi toplamak için Hızlı Görüntüler Al düğmesine tıklayın.

Sinyal-gürültü oranını değerlendirmek için, toplanan radyografileri ImageJ veya Fiji'de açın ve numuneden açık bir alana giden bir profil çizin. XY aşamasında birden fazla döndürme aşamasında birden fazla örnek ayarlanmışsa, hizalamadan sonra her örnek konumunu kaydedin ve verileri CSV dosyası olarak kaydetmek için Dosyaya Kaydet düğmesini tıklatın. Ardından, CT tarama parametrelerini ayarlamak için Veri Topla başlıklı üçüncü APEX sekmesini seçin.

İlk yazılabilir satıra bir dosya adı yazın ve Enter tuşuna basın. Alt klasör adı için bu işlemi tekrarlayın. Kaydedilen Dosyayı Kullanarak Örneği Hizala bölümünde, daha önce örnek motor konumlarını kaydeden dosyayı seçin.

Numunenin nötron ışınındaki konumuna geri dönmesini sağlamak için Dosya Kullanarak Hizala'ya tıklayın. Nyquist'in teoremine dayanarak projeksiyon sayısını hesaplamak için, önce örnek yatay boyuttaki piksel sayısını hesaplayın ve Nyquist'in örneklemesini yerine getirmek için gereken projeksiyon sayısını elde etmek için 1,5 ile çarpın. Her görüntü için döndürme başlangıç açısını, döndürme bitiş açısını, döndürme adımı boyutunu, adım başına görüntü sayısını ve pozlama süresini girin.

Veri Topla düğmesine tıklayarak BT taramasını başlatın. Linux Analiz sunucusunda, üst menü kısayolu olan Uygulamalar'a ve ardından Analiz-Görüntüleme ve BT rekonstrüksiyonuna tıklayarak Imaris 3D Not Defteri'ne erişin. Imaris 3D'yi çalıştırmak için gerekli araçları yükleyecek olan kodun ilk birkaç satırını çalıştırın.

Verileri düz ve karanlık alana yükleyin. Üç veri kümesinin de düzgün yüklendiğini doğrulayın. Görüntüdeki ilgi alanını seçerek verileri kırpın.

Filtreleme bölümündeki kodu çalıştırarak gerektiği gibi filtreleme gerçekleştirin. Normalleştirmeye devam edin, ardından ışın dalgalanması düzeltmesi yapın. Görüntüden arka plan bölgesini ve ardından zayıflamaya iletimi seçin.

Ardından, kodu kullanarak eğimi hesaplayarak ve eğim düzeltmesini uygulayarak otomatik örnek eğim düzeltmesi gerçekleştirin. Ardından, grev kaldırma ve döndürme merkezi hesaplamasını gerçekleştirin. Ardından, hacimsel yeniden yapılandırma gerçekleştirin ve verileri görüntüleyin.

Verileri Paylaşılan adlı proje numarası klasörüne kaydedin. Ardından, Tesis Analizi sunucusunda Amira yazılımını açın, yeniden yapılandırılmış dilimleri yazılıma yükleyin ve görselleştirme, daha fazla filtreleme ve analiz ile devam edin. Bu deneysel protokolü yönlendirmek ve insan hatasını en aza indirmek için özel olarak tasarlanmış bir arayüz geliştirilmiştir.

Arayüz, bir numuneyi ölçmeden önce gerekli adımlarda mantıksal olarak hareket eder. Titanyum implantlı bir sıçanın femurunun nötron bilgisayarlı tomografisi veya NCT'si burada gösterilmiştir. Femurda yanlış renk zayıflamasına dayalı NCT ve implantı ortaya çıkarmak için kemiğin içinden çapraz bir kesim elde edildi.

İmplant, nötronlarla kemik materyali kadar etkileşime girmez, bu nedenle zayıflaması minimumdur ve çevresindeki kemikten daha koyu görünür. Femurun medüller boşluğunda bulunan trabeküler kemik, numunenin proksimal ucunda açıkça görülebilir. Nötronların yumuşak doku örneklerini tespit etme yeteneği, etanol ile sabitlenmiş bir fare akciğeri üzerinde gösterilmiştir.

Akciğerin yeniden yapılandırılmış hacmi NCT'den elde edildi. Akciğerin sağ lobundan geçen bir kesik burada gösterilmiştir. Bir bitki kökü ve toprak sisteminin dikdörtgen bir alüminyum kapta yanlış renk hacimsel olarak oluşturulması da elde edildi.

Zayıf sinyal-gürültü oranına rağmen, topraktaki kök sistemi numunenin dikey kesimlerinde açıkça görülebilir. Piksel boyutunu değerlendirmek çok önemlidir, böylece kaydedilen görüntüler fiziksel boyutlara aktarılabilir. 3D hacim rekonstrüksiyonunun kalitesi, Nyquist teoremini takip eden iyi örneklemeye dayanır.

Nötron derecelendirme interferometrisi gibi daha gelişmiş nötron görüntüleme teknikleri benzer bir prosedürün ardından gerçekleştirilebilir. Bu yeni yöntemler, gözenekli malzemelerdeki üç boyutlu nanoporozite dağılımı gibi soruları cevaplayacaktır. Nötron radyografisi ve bilgisayarlı tomografi geniş bilimsel etkiye sahiptir.

Bu teknikler uygulama ve pillerin ve arıza mekanizmalarının anlaşılmasıdır. 3D baskılı olanlar, arkeoloji, biyoloji ve tümörlerin daha iyi lokalizasyonu gibi gelişmiş malzeme davranışları.