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쥐 척수의 마이크로 CT 영상

Overview

출처: 페이만 샤베이기-루드포스티와 시나 샤바즈모하마디, 생물의학 공학과, 코네티컷 대학교, 스토스, 코네티컷

엑스레이의 발견과 (의도하지 않은) 사용이 물리학에서 최초의 노벨상을 얻었다는 것은 잘 알려지지 않은 사실입니다. 1895년 론겐 박사의 아내의 손에 대한 유명한 엑스레이 이미지는 과학계를 통해 충격파를 보냈으며, 이는 대부분의 현대 2D 의료 X선 이미지처럼 보입니다. 최신 기술은 아니지만 X선 흡수 이미징은 필수 불가결한 도구이며 세계 최고의 R&D 및 대학 실험실, 병원, 공항에서 찾을 수 있습니다. 틀림없이 X 선 흡수 이미징의 가장 진보 된 용도는 2D 의료 X 선에서 발견하지만 컴퓨터 단층 촬영 (CT 또는 마이크로 CT)을 통해 3D로 실현된 종류와 같은 정보를 얻는 것을 포함합니다. 일련의 2D X-ray 프로젝션을 사용하여 고급 소프트웨어는 데이터를 재구성하여 3D 볼륨을 형성할 수 있습니다. 3D 정보는 할 수 있으며, 대부분 은 열려 절단 할 필요없이 프로브 된 개체의 내부에서 정보를 포함 할 수 있습니다. 여기서는 마이크로 CT 스캔이 얻어지며 이미지 품질에 영향을 미치는 주요 요소에 대해 설명합니다.

Principles

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엑스레이는 0.01 - 10 nm에 이르는 파장을 가진 0.1 - 100 keV 또는 전자파의 에너지 범위를 가진 광자로 볼 수 있습니다. 엑스레이는 여러 가지 방법으로 생성될 수 있지만 여기서 토론은 연속 스펙트럼 콘 빔 X 선 이미징으로 제한됩니다. 이 엑스레이는 독일어로 "제동 방사선"을 의미하는 "Bremsstrahlung"로 알려진 현상에 의해 생성됩니다. 이는 충전된 파티클이 가속[1]을 거치면 발생합니다. X선 소스에서 음전하 전자는 진공 튜브에서 촬영되어 대상 물질(보통 텅스텐, 몰리브덴, 구리 또는 다른 금속)에 영향을 미치고 감속을 통해 X선 의 척도에 광자를 방출합니다. 감속이 균일하거나 즉각적이지 않기 때문에 연속 스펙트럼이 생성되지만,[2]에서 볼 수 있는 대상 물질의 특성 에너지를 중심으로 분포에 스파이크가 존재하지만. 다른 에너지와 대상 재료에 대한 다른 곡선이 있습니다. 이것은 마이크로 CT 검사를 수행할 때 고려해야 할 매우 중요한 일이며 이후 섹션에서 논의 될 것입니다.

일반적인 마이크로 CT 시스템은 [3]에 나와 있는 세 가지 기본 구성 요소를 특징으로 합니다. 이 시스템의 기본 구성 요소는 다음과 같습니다 : a) X 선 소스, b) 샘플 장착을위한 회전 단계, CCD 검출기와 평평한 패널 또는 광학 목표. 엑스레이는 소스를 떠나 검출기에 도착하기 전에 샘플에 흡수, 전송 또는 산란됩니다. 흡수는 마이크로CT에서 측정되는 우세한 상호 작용이며, 신체의 다른 재료가 X 선을 다르게 흡수하기 때문에. 예를 들어, 뼈에는 X선을 잘 흡수하는 원자 칼슘이 많이 함유되어 있습니다. 따라서 뼈는 X선이 검출기에 도달하지 못하도록 차단하고 이미지에 그림자로 표시됩니다. 그런 다음 샘플은 점진적으로 회전되고 샘플이 360° 또는 경우에 따라 180°로 이미지될 때까지 프로세스가 반복됩니다. 단층 촬영의 출력은 3D 볼륨으로 재구성 할 수있는 다른 방향에서 일련의 2D 프로젝션입니다.

마이크로 CT는 현미경 검사법의 한 형태이며, 마이크로스케일 기능을 해결하는 기능으로부터 이름을 얻습니다. 마이크로 CT의 이 특정 범주에 대한 해상도의 한계는 소스 스팟 크기와 에너지 확산, 및 검출기의 유형 및 효능에 의해 지배된다; 엑스레이의 파장에 의한 것이 아닙니다. 마이크로 CT의이 범주에 대 한 가능한 최고의 해상도는 약 500-700 3 차원에서 nm. 하지만 그 크기의 10분의 1 또는 10분의 1을 감지할 수 있습니다.

배율은 기하학적 배율에 의해 대부분의 CT 시스템에서 수행됩니다. [3]의 이미지는 기하학적 배율의 아이디어를 보여줍니다. 그것은 쉽게 그림자 효과로 상상된다. 광원이 오브젝트에 가까울수록 됩니다. 오브젝트의 그림자가 벽이나 화면에 더 커집니다. 마찬가지로, 벽이나 화면이 고정광원과 샘플에서 멀리 이동하면 오브젝트의 그림자의 크기가 증가하지만 희미해집니다. 충분한 신호, 고해상도 및 짧은 스캔 시간을 원할 때 X 선 소스 및 검출기 작업 거리를 최적화하는 것은 매우 어렵고 정신적으로 자극적인 작업입니다. 어떤 것과 마찬가지로, 포인트 소스의 이상화가 파괴되고 수차가 위압되는 기하학적 배율에 제한이 있습니다.

마이크로 CT의 많은 과제 중 하나는 스캔이 완료되고 재구성 될 때까지 3D 볼륨의 시각적 품질이 조사자에게 다소 알려지지 않을 것이라는 것입니다. 경험이 충분하지만 몇 가지 2D 프로젝션을 신중하게 검사하면 CT 스캔에 대한 확신을 가질 수 있는 충분한 정보를 제공할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 일련의 연습이 데이터 집합에 대한 다양한 이미징 매개 변수의 영향을 발견하고 과학자에게 깨끗한 3D 볼륨을 얻는 데 필요한 이해를 갖습니다. 이 조사의 목적을 위해, 절차는 견본 모형에 국한되지 않더라도 생물학 견본은 조사될 것입니다.

샘플을 장착하는 것은 사소한 단계처럼 들리지만 가장 중요하고 간과되는 것 중 하나입니다. 어플리케이션에 관계없이 시료를 가능한 가장 컴팩트한 방식으로 장착해야 합니다. [3]의 이미지를 고려할 때 샘플이 한 방향으로 붙어 있기 때문에 소스 및 검출기 위치범위가 제한되었는지, 그리고 이것이 기하학적 배율에 어떤 영향을 미치는지 상상해 보십시오. 작동 거리 외에도 장착은 처리량에 큰 영향을 미칩니다. 샘플이 쥐의 무릎 관절이 그대로 있다면 경골과 대퇴골이 똑바로 서 있도록 샘플을 장착하는 것이 합리적입니다. 이렇게 하면 X선이 짧은 거리를 통과하고 검출기에 충분한 신호가 있을 것입니다. 시료를 장착할 때 고려해야 할 마지막 것은 안정성입니다. 마이크로 CT의 가장 큰 적은 움직임입니다. 샘플 이동의 크기가 검사의 해결에 접근하는 경우 쓸모없는 데이터가 될 수 있습니다. 이동은 마운트에 대한 고정 및 시료 조성 변화를 제어하여 제한되어야 합니다. 생물학적 샘플의 경우, 이는 스캔 기간 동안 증발을 통해 형태를 바꾸지 않도록 하는 것을 의미합니다. 아가로즈 젤또는 파라핀 필름의 얇은 층으로 래핑하는 현탁액은 탈수와 움직임을 피하기 위한 접근 방식모두 가능하다.

X선 에너지는 또한 최종 3D 볼륨의 품질에 큰 영향을 미칠 것입니다. 목표는 샘플에서 충분한 감쇠를 하면서 검출기에서 충분한 신호를 획득하는 것입니다. X선 감쇠는 방정식(1)을 따르며, 여기서 나는 최종 수(강도)이고, 나는0은 초기 수수이고, μ 주어진 물질 및 X선 에너지(널리 게시된)에 고유한 질량 흡수 계수이며, θ는 물질의 밀도이며 x는 X선 경로 길이이다.

Equation 1 (1)

이상적으로, I/I0(일명 전송 값)은 샘플의 모든 방향에 대해 5~95% 사이여야 하며, 최상의 결과는 중간 범위 주위를 맴돌고 있다. 이 값을 확인하려면 샘플 의 이미지를 취한 다음 이미지의 픽셀 값을 공기 이미지(예: 시야 외부의 샘플)로 나눕니다. 이 정규화는 일반적으로 시스템 소프트웨어 워크플로에서 찾을 수 있습니다. 생물학적 샘플이 소스에서 X선 필터링의 사용을 요구하는 경우가 많지 않으므로 여기에 다루지 않습니다. 이상적인 전송 값을 갖는 것 외에도 샘플의 모든 부분에 이상적인 개수는 5000 개입니다. 이를 확보하려면 프로젝션당 노출 시간을 늘려야 할 수 있습니다. 이렇게 하면 전체 검사 시간이 증가합니다. 그림 1은 깨끗한 2D 프로젝션을 표시합니다.

Figure 1
그림 1: 0°(왼쪽) 및 90°(오른쪽)에서 공기에 대해 정상화된 마우스 척수의 2D 이미지.

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Procedure

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1. 샘플 장착 (뼈)

  1. 척추와 같은 뼈 네트워크를 검사하기 위해 아가로즈 젤의 구조를 중단하고 매우 얇은 벽의 플라스틱 튜브에서 치료할 수 있습니다(그림 2). 튜브의 얇음은 신호 처리량과 전반적인 이미지 품질에 크게 영향을 미치는 매우 중요합니다. 이는 피처를 해결하는 기능에 영향을 줍니다. 튜브의 전송 값은 가능한 한 100 %에 가깝어야합니다.
  2. 테이프로 샘플 스테이지에 튜브를 장착하거나 사용자 정의 스탠드를 만들어 궁극적으로 스테이지가 회전할 때 샘플이 고정되고 안정되도록 합니다.

Figure 2
그림 2: 마이크로 CT 시스템의 샘플 단계에 앉아 얇은 벽 플라스틱 튜브 내부 아가로즈 젤에 매달려 마우스 척추.

2. 이미지 수집

  1. X선 소스를 90keV(90kV 및 10W) 범위 의 에너지로 켭니다.
  2. 소스가 워밍업하고 에너지에 정착 한 후, 시스템의 소프트웨어를 통해 이미지를 획득.
  3. 공기 이미지에 대해 이미지를 정규화하여 전송 값을 확인합니다. 자동 참조 수집 및 응용 프로그램의 경우 샘플이 충돌하지 않고 지정된 방향으로 이동할 수 있는지 확인합니다.
  4. 이미지가 전송이 너무 높으면 전송 값이 충분할 때까지 에너지를 점진적으로 낮춥습니다. 이미지가 시즈와 거칠게 나타나지 않도록 노출 시간을 그에 따라 늘려야 합니다. 이미지가 전송이 너무 적으면 전송 값이 충분할 때까지 에너지를 점진적으로 증가시면 에너지를 증가시면 됩니다.
  5. X선 소스를 시료에 가깝게 이동시키면서 크래시하지 않도록 주의하십시오. 소스를 가능한 한 가까이 샘플에 가까이 가져오는 것은 처리량을 최대화하고 최상의 해상도를 확보하는 방향으로 나아가는 단계입니다.
  6. 이렇게 하면 선형 액추에이터로 샘플 스테이지를 이동하여 샘플의 시야를 구체화합니다.
  7. 이 소프트웨어는 현재 해상도와 유사한 처리되는 픽셀 크기로 알려진 매개 변수를 표시합니다 (실제로 다르지만).
    1. 숫자가 여전히 너무 크고 소스가 매우 가까우면 검출기가 샘플에서 멀리 이동하기 시작할 수 있습니다.
    2. 숫자가 너무 작으면 검출기를 샘플에 더 가깝게 조심스럽게 이동합니다.
    3. 다양한 광학 목표와 검출기 위치를 사용해 보지만 스캔 매개 변수를 최적화하려고 할 때 이에 대한 합병증에 유의하십시오.
  8. 샘플의 모든 방향을 확인하여 최적의 노출 시간을 찾기 위해 충돌이 없는지 확인합니다. 이는 작업 거리, 픽셀 크기 및 샘플 위치의 변화로 인해 수행됩니다.
  9. 캐비닛 내 카메라를 통해 소스 및 검출기에 대한 위치를 모니터링하면서 샘플을 2도 단위로 천천히 회전합니다. 충돌이 발생할 수 있는 경우 소스와 감지기를 멀리 이동해야 합니다.
  10. 가장 긴 X선 경로 길이를 찾아 카운트/전송 값수가 가장 낮게 증가하고 어디서나 약 5,000개의 카운트를 확보하는 데 필요한 노출 시간을 찾습니다.

3. 단층 촬영 제출 및 재건

사용자 관점에서 재구성 프로세스는 이전 단계에서 수행된 다른 매개 변수 선택보다 더 복잡하지 않습니다. 그러나 이 프로세스의 프로그래밍 및 계산 비용은 실제로 상당히 큽니다. 사용자는 원활한 소프트웨어 UI 아래에서 어떤 일이 일어나고 있는지, 그리고 결정이 최종 제품에 미치는 영향을 가장 잘 이해하는 것을 목표로 해야 합니다. 많은 CT 시스템은 2D 프로젝션이 픽셀 값을 설명하는 일련의 선형 방정식으로 변환되는 반복 대수 재구성 알고리즘을 활용합니다. 일부 다른 시스템은 필터링된 백 프로젝션 알고리즘을 활용하여 Radon이 프로젝션을 시노그램으로 변환한 다음 일련의 라인 통합 작업을 통과합니다. 물론, 일부는 다른 접근 방식과 하이브리드 방법을 사용합니다. 이러한 알고리즘에 대한 가장 낮은 수준의 참여수준에서 투영 횟수와 회전된 총 변위가 최종 재구성 된 볼륨에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.

  1. 먼저 샘플의 종횡비를 기준으로 180° 또는 360° 이상 스캔할지 여부를 결정합니다. 샘플에 높은 종횡비를 가지고 있는 경우 X선 경로 길이가 180°-스캔보다 0°배향보다 90°방향에서 약 4배 이상 길어지는 것이 현명한 선택입니다. (짧은 X선 경로 길이에 수집된 정보가 한쪽에서 다른 쪽으로 다르지 않다는 주장입니다. 데이터 집합보다 긴 X선 경로 길이 방향에 더 많은 프로젝션을 사용할 수 있는 경우 이점을 얻을 수 있습니다. 투영 사이의 각도 변위가 낮아지고 재구성 알고리즘에 공급되는 까다로운 방향에서 더 많은 정보가 있을 것입니다.) 종횡비가 높지 않은 경우 360°-scans를 사용합니다.
  2. 다음으로 투영 횟수와 총 각배변위를 선택하여 투영 사이의 각도를 지시합니다. 이 각도가 작을수록 보간이 덜 수행되고 미세 한 기능 정보가 줄어듭니다. (더 많은 투영은 샘플이 움직일 수 있는 더 큰 창과 상관되는 더 긴 스캔 시간을 의미하며, 다른 것들을 스캔하는 시간이 적고 소스 수명이 짧기 때문에 균형을 설정해야 합니다. 엄지 손가락의 규칙은 360 ° 이상 적어도 800 프로젝션을 가지고 3200 투영을 초과하지 않는 것입니다.
  3. 검사를 제출합니다.
  4. 단층 촬영이 완료된 후(일반적으로 4-16시간 사이) 2D 일련의 이미지를 시스템(또는 일부 오픈 소스) 재구성 소프트웨어에 가져옵니다.
  5. 최적의 센터 시프트 보정을 선택합니다. 센터 시프트는 프로젝트를 정렬하여 정렬하는 매개 변수입니다(깔끔하게 스택처럼 앉기 위해 수집하고 정렬해야 하는 대략 섞인 카드 덱을 생각해 보십시오). 이 값은 일반적으로 -10~10픽셀 사이입니다.
  6. 최적의 빔 경화 보정 계수를 선택합니다. 빔 경화 보정은 시료 필터링에 의해 생성된 콘트라스트를 인위적으로 제거합니다. 샘플이 충분히 두껍거나 다양한 빛과 무거운 재료가 포함되어 있는 경우 저에너지(소프트) X선의 감쇠에 따라 잘못된 대비를 갖습니다. 이것은 보수적으로 적용되어야 합니다. 평균 값은 0 - 0.5 사이의 어딘가에 있습니다.
  7. 재건을 제출합니다.

마이크로 CT 검사는 다양한 방향에서 일련의 X선 이미지에서 생성된 3차원 이미지입니다. 물리학에서 첫 번째 노벨상은 엑스레이의 발견과 그의 아내의 손을 이미징하여 입증 된 사용으로 1901 년 론겐 박사에게 수여되었다.

X 선 흡수 화상 진찰은 특히 대학 실험실 및 병원에서 필수 불가결한 공구로 계속합니다. 가장 진보된 용도 중 하나는 일련의 2차원 X-ray 프로젝션을 사용하여 3차원 볼륨을 재구성하는 것입니다. 이를 컴퓨터 단층 촬영 또는 CT라고 합니다. 마이크로 CT는 동일한 기본 방법을 사용하지만 더 작은 볼륨의 훨씬 더 높은 해상도 의 이미지를 생성합니다.

이 비디오는 X 선 이미지를 얻고 마이크로 CT 스캔을 생성하고, 기술의 원리를 설명하고, 마지막으로 일부 응용 프로그램에 대해 설명하는 방법을 보여줍니다.

이제 X선 이미지가 어떻게 형성되는지 살펴보고 마이크로 CT 스캔으로 조립하는 원리를 살펴보겠습니다.

일반적인 마이크로 CT 시스템에는 세 가지 기본 구성 요소, X 선 소스, 샘플의 회전 단계 및 검출기가 있습니다. X선 소스에서 음전하 전자는 진공 상태에서 발사되어 대상과 공격하고 상호 작용합니다. 전자는 표적 물질을 통해 감속하고 엑스레이를 방출합니다. X선 생성의 이 현상은 bremsstrahlung, 또는 제동 방사선으로 알려져 있습니다. 엑스레이는 그 때 근원을 떠나고 검출기에 도착하기 전에 견본에 의해 흡수, 산란 또는 전송됩니다. 흡수는 마이크로 CT에서 측정된 우세한 상호작용으로, 이는 샘플내의 상이한 물질에 의한 X선 흡수의 큰 변화 때문이다.

뼈는 원자 칼슘을 많이 포함하고 연조직보다 X 선을 더 흡수합니다. 흡수된 엑스레이는 검출기에 도달하지 않으며 뼈는 엑스레이에서 흰색으로 나타납니다. 단층 촬영의 출력은 3D 볼륨으로 재구성 할 수있는 다른 방향에서 일련의 2D 프로젝션입니다. X선 에너지의 균형을 유지해야 하므로 검출기의 시료와 신호에 충분한 감쇠가 필요합니다.

측정된 X선의 강도, 또는 수, I-naught, 물질의 질량 흡수 계수, 뮤, 재료의 밀도, 로, X. 이상적으로, I-naught 이상, I-naught를 초과하는 전송 값은, 시료의 모든 방향에 대해 5~95% 사이여야 하며, 가장 좋은 중간 범위의 모든 배향결과에 대해, 제일 중간 결과와 함께, 샘플의 모든 방향에 대해 5~95% 사이여야 한다. 이 값은 샘플의 이미지를 촬영한 다음 이미지의 픽셀 값을 공기 이미지의 이미지로 나누어 검사합니다.

이제 마이크로 CT 스캔의 원리를 이해하게 되었으므로 이제 이를 생성하는 방법을 보여 드리겠습니다.

이 데모에서는 마우스의 척추 기둥의 마이크로 CT 스캔이 얻어질 것입니다.

먼저 아가로즈 젤에 매달려 있는 샘플을 얻을 수 있다. 샘플은 샘플 의 움직임과 탈수를 방지하기 위해 얇은 벽으로 둘러싸인 플라스틱 튜브에서 치료해야합니다. 튜브 벽은 신호 처리량을 줄이고 전반적인 이미지 품질을 향상시키기 위해 가능한 한 얇아야 합니다.

그런 다음 테이프를 사용하거나 사용자 정의 스탠드를 만들어 샘플 스테이지에 튜브를 장착합니다. 스테이지가 회전할 때 샘플이 고정되고 안정되어 있는지 확인합니다. 이제 X선 소스를 켜고 90킬로일렉트 볼트 또는 90킬로볼트의 전압으로 설정하고 전력을 8와트로 설정합니다. 소스가 따뜻해지면 시스템 소프트웨어를 통해 이미지를 획득합니다. 자동 획득 및 응용 프로그램의 경우 샘플이 충돌하지 않고 지정된 방향으로 이동할 수 있는지 확인합니다. 공기 이미지에 대해 이미지를 정규화하여 전송 값을 확인합니다.

이미지가 전송이 너무 높으면 전송 값이 충분할 때까지 에너지를 점진적으로 낮춥습니다. 이미지가 전송이 너무 적으면 전송 값이 충분할 때까지 에너지를 점진적으로 증가시면 에너지를 증가시면 됩니다. 샘플이 시즈또는 거친 것처럼 나타나면 필요에 따라 노출 시간을 늘립니다.

다음으로 X선 소스를 가능한 한 샘플에 가깝게 이동하여 처리량을 최대화하고 최상의 해상도를 얻습니다. 함께 충돌하지 않도록주의하십시오. 선형 액추에이터를 사용하여 샘플 스테이지를 이동하여 샘플의 시야 필드를 구체화합니다. 그런 다음 이미지의 픽셀 크기를 찾습니다. CT 시스템이 X선 신호를 가시광선 신호로 변환하여 광학 배율을 지원하는 경우 다양한 광학 목표와 검출기 위치를 시도해 보십시오. 그러나 이 문제는 스캔 매개 변수에 영향을 미칩니다.

필요한 조정을 한 후 최적의 노출 시간을 찾습니다. 캐비닛 카메라를 통해 소스 및 검출기에 대한 위치를 모니터링하면서 샘플을 2도 단위로 천천히 회전합니다. 충돌이 발생할 수 있는 경우 소스와 감지기를 더 멀리 이동합니다.

마지막으로 가장 긴 X선 경로 길이를 찾아 가장 낮은 수수를 생성하고 전 세계 약 5,000개 카운트에 필요한 노출 시간을 결정합니다.

이제 일련의 이미지를 어떻게 획득할 수 있는지 살펴보겠습니다. 먼저 샘플의 종횡비를 기준으로 180도 또는 360도 이상의 스캔을 선택합니다. 높은 종횡비의 경우 180도 스캔을 선택하고 낮은 종횡비의 경우 360도 스캔을 선택합니다. X선 경로 길이가 한 방향보다 한 방향으로 4배 이상 큰 경우 180도 스캔을 선택합니다.

다음으로 투영 사이의 각도를 지시하는 투영 횟수와 총 각 배변을 선택합니다. 각도가 작을수록 미세 피쳐 정보의 보간 량이 감소하지만 스캔 시간이 증가합니다. 엄지 손가락의 규칙은 적어도 800 프로젝션을 가지고 있지만, 일반적으로 360도 스캔을 통해 3,200 프로젝션을 초과하지 않는 것입니다.

이제 검사를 제출합니다. X선 이미지의 전체 시리즈는 획득하는 데 몇 시간에서 수십 시간의 순서를 취할 것입니다. 스캔이 완료되면 일련의 2D 이미지를 재구성 소프트웨어에 로드합니다. 이제 이미지가 공유 축 주위에 정렬되도록 최적의 센터 시프트 보정을 선택합니다. 이 값은 일반적으로 음수 10픽셀에서 10픽셀 사이입니다.

다음으로 최적의 빔 경화 보정 계수를 선택합니다. 이렇게 하면 저에너지 X선 감쇠에서 파생되는 잘못된 대비가 제거됩니다. 평균 값은 제리와 0.5 사이의 어딘가에 있습니다. 그런 다음 재건을 제출합니다. 마이크로 CT 스캔이 재구성되면 결과가 분석될 준비가 되었습니다.

다음은 이 절차를 사용하여 얻은 대표적인 마이크로 CT 검사입니다. 여기에서 는 마우스 척수의 3D 부피를 볼 수 있습니다. 추가 이미지 처리 두 개의 디지털 단면 슬라이스를 통해 재료 다공성 및 기능 크기와 같은 정량적 데이터를 소프트웨어 도구를 사용하여 얻을 수 있습니다. 척추와 뒤척추 통로의 섹션 사이의 간격은 수백 개의 미크론의 순서로 측정되었다.

여기에 쥐의 무릎에서 얻은 또 다른 마이크로 CT 스캔입니다. 우리는 피질 뼈의 다공성을 볼 수 있으며 쥐의 무릎의 피질 뼈 내의 간격과 관절 연골의 두께를 측정 할 수 있습니다.

당신은 광물 화 생물학적 샘플의 마이크로 CT 스캔을 보았다, 하지만 3D X 선 단층 촬영의 응용 프로그램은 마이크로 전자, 지질학, 적층 제조, 연료 전지 등의 세계로 확장. 몇 가지 다른 인스턴스를 살펴보겠습니다.

동물 연조직의 고해상도 X선 이미지는 자연적인 낮은 X선 흡수에도 불구하고 얻을 수 있습니다. 이것은 간단한 대비 얼룩의 사용에 의해 달성된다. 이 예에서 마우스 뒷뇌는 이미징 전에 Lugol의 요오드 용액을 사용하여 염색됩니다. 그런 다음 샘플을 준비, 로드 및 X 선 이미지를 촬영합니다. 마지막으로, 마이크로 CT 검사는 뒷뇌의 병변을 명확하게 보여주는 생성됩니다.

마이크로 CT는 전자 장치의 마이크로 구조를 특성화하는 데 사용할 수 있습니다. 이 예제에서는 LED가 스캔됩니다. 마이크로 CT 검사를 통해 엔지니어는 장치 고장을 분석하거나 장치를 리버스 엔지니어링할 수 있습니다.

마이크로 CT 데이터에서 3차원 구조를 만들 수 있습니다. 이 예에서 쥐는 마취되고 스캔됩니다. 데이터는 그 때 주변 조직에서 뼈 구조물을 구별하기 위하여 분석될 수 있습니다. 마지막으로 3D 프린터를 사용하여 결과의 물리적 모델을 만들 수 있습니다.

2D X-ray 이미지에서 3D 마이크로 CT 스캔을 만드는 JoVE의 소개를 방금 시청했습니다. 이제 X선 이미징의 원리, X선 이미지와 CT 스캔 간의 관계, 샘플의 마이크로 CT 스캔 을 생성하는 방법 및 일부 응용 분야의 원리를 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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다음 이미지는 위의 명시된 절차와 함께 마이크로 CT를 사용하여 얻을 수 있는 결과에 대한 개요를 제공합니다. 다양한 흡수에 대한 질적 측정은 이러한 이미지에 기초하여 직접 지적 될 수있다. 재료 다공성, 기능 크기 및 배포 등과 같은 정량적 데이터는 다른 소프트웨어에서 추가 이미지 처리를 필요로 합니다.

Figure 2
그림 3: 마우스 척수의 3D 부피(왼쪽)와 두 개의 디지털 단면 슬라이스(오른쪽)

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Applications and Summary

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이 실험은 마이크로 CT를 사용할 때 고려해야 할 많은 요인을 조사, 특히 생물학적 샘플. 이 프로젝트는 조사관이 자신의 결정이 마이크로 CT가 제공할 수 있는 데이터에 어떤 영향을 미치는지 이해할 수 있도록 설계되었습니다. 입증된 바와 같이 장착, X선 에너지, 노출 시간, 소스 및 검출기 위치 지정, 예측 수 및 총 스캔 각 배기량을 포함하여 고려해야 할 많은 종속적이고 민감한 매개 변수가 있습니다. 이 연습은 소개로 의미되며 CT 데이터 집합을 제어하는 표면만 긁힌다.

이 실험은 생물학적 시료를 이미징하는 것과 관련하여 마이크로 CT에 대한 소개를 제공하는 데 초점을 맞추었지만 3D X 선 단층 촬영의 적용은 마이크로 일렉트로닉스, 지질학, 적층 제조, 코팅, 연료 전지 등의 세계로 확장됩니다. 이러한 현미경은 검사, 고장 분석, 특성화, 품질 관리 및 비파괴 테스트에도 사용됩니다. 실제 3D 정보는 이제 파괴적이지 않은 곳에 액세스할 수 있으므로 CT에서 추출한 형상을 객체를 가상으로 테스트할 수 있는 시뮬레이션으로 가져올 수 있습니다.

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References

  1. http://www.spectroscopyonline.com/tutorial-attenuation-X-rays-matter [cited 1 November 2017]
  2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/xrayc.html [cited 1 November 2017]
  3. A.G. Rao, V.P. Deshmukh, L. L. Lavery, H. Bale, "3D investigation of the microstructural modification in hypereutetic aluminum silicon (Al-30Si) alloy." Microscopy and Analysis 2017 [cited 1 November 2017].

Transcript

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