Радиография питательных веществ и компьютерная томография имеют уникальные возможности для измерения биологических образцов из-за чувствительности питательных веществ к атомам водорода. Основным преимуществом этих методов является предоставление неразрушающих и неинвазивных трехмерных карт содержания водорода в образцах тканей или содержания воды в корнях растений и почве. Визуализация питательных веществ применима ко многим различным областям исследований, таким как энергетические материалы, материаловедение, инженерия, растения, почва, движения воды и так далее.
Этот метод не может быть использован для терапии или диагностики из-за риска радиационного облучения. Тем не менее, он может быть использован для определения краев опухоли, например, в небольших резецированных интактных опухолях. Я рекомендую человеку, заинтересованному в этой технике, связаться с нами и обсудить свои исследовательские вопросы.
Наша информация доступна на нашем веб-сайте, neutrons.ornl.gov. Продемонстрируют процедуру Юйсюань Занг, ученый по рассеянию нейтронов, Жан Билё, специалист по компьютерным приборам, и Эрик Стрингфеллоу, научный сотрудник нашей команды по визуализации. Для начала откройте окно терминала на компьютере Beamline.
Введите CSS и нажмите Enter, чтобы запустить пользовательский интерфейс. Если по умолчанию он не открыт, выберите параметр «Главная страница пользователя» на вкладке «Меню», чтобы открыть интерфейс APEX Imaging. На первой вкладке интерфейса, ProposalCameraSE Device, выберите оптику Beamline, нажав кнопку Optics рядом с Camera/Detectors.
Нажмите кнопку «Щели», чтобы установить размер отверстия и отверстие щелевой системы. Прикрутите ступень вращения болтами к ступеням XY, куда должен быть помещен образец. Если вы используете детектор, отличный от ПЗС-матрицы, выберите объектив в соответствии с желаемым пространственным разрешением и фокусным расстоянием.
После фокусировки камеры сфокусируйте изображение в месте нахождения нейтронного сцинтиллятора. Затем поместите маску разрешения, поглощающую нейтроны, на сцинтиллятор детектора, чтобы точно настроить фокус линзы с помощью нейтронов. Затем, используя APEX, автоматизируйте перемещение двигателя детектора и соберите избыточные рентгенограммы, используя различные положения детектора от зеркала.
Сравните рентгенограммы, оценив пары линий в программном инструменте для обработки изображений, таком как Fiji или ImageJ. Затем закрепите образец в подходящем алюминиевом контейнере или сверхпрочной алюминиевой фольге и поместите образец на вращающуюся ступень как можно ближе к детектору. Измерьте расстояние от образца до детектора и извлеките образец.
Замените его маской разрешения, чтобы оценить размер пикселя в положении образца в этой конфигурации Beamline. Используя известное измерение объекта, оцените количество пикселов на объекте, чтобы определить размер пикселя. Переместите образец на ступень вращения.
Затем, используя вкладку «Выровнять образец» в интерфейсе APEX, выровняйте образец с нейтронным пучком, сделав последовательные быстрые рентгенограммы во время движения образца, пока он не окажется в поле зрения детектора. Сохраните образец файла выравнивания. Перед началом компьютерной томографии перейдите на вкладку «Выровнять образец» и используйте параметр «Автоматическая проверка вращения образца», чтобы убедиться, что образец остается в поле зрения под разными углами, оценив рентгенограммы, поскольку они генерируются при разной ориентации образца с лучом.
Выберите первую вкладку APEX с именем ProposalCameraSE Device. Нажмите кнопку «Переключить предложение» или «Образец». Выберите номер проекта и идентификатор образца для измерения в списке образцов справа и списке предложений слева.
Используйте стрелку назад, чтобы вернуться к основному интерфейсу APEX. В списке опций Детектор камеры выберите детектор из четырех доступных детекторов и/или ПЗС-матрицы и/или sCMOS, SBIG CCD или MCP. В разделе «Образец устройства среды» нажмите «Стадия вращения», «Компьютерная томография».
Затем выберите один из этапов вращения, соответствующий сканируемому образцу. В нижней части вкладки выберите «Режим сбора данных» и выберите «Белый луч». Затем выберите вторую вкладку APEX с именем Align Sample.
Введите имя файла образца и нажмите клавишу ВВОД. Повторите эти действия для имени вложенной папки. Предположим, что образец выровнен и готов к КТ. Выберите желаемое время съемки и нажмите кнопку «Сделать быстрые снимки», чтобы собрать серию рентгенограмм с разным временем получения.
Чтобы оценить отношение сигнал/шум, откройте собранные рентгенограммы в ImageJ или Fiji и постройте профиль, идущий от образца к открытой области. Если на этапе XY установлено несколько образцов на нескольких этапах вращения, запишите каждое положение образца после выравнивания и нажмите кнопку «Сохранить в файле», чтобы сохранить данные в виде файла CSV. Затем выберите третью вкладку APEX под названием «Сбор данных», чтобы настроить параметры компьютерной томографии.
Введите имя файла в первую строку, доступную для записи, и нажмите клавишу ВВОД. Повторите эти действия для имени вложенной папки. В разделе «Выровнять образец с помощью сохраненного файла» выберите файл, в котором ранее были записаны положения двигателя образца.
Нажмите «Выровнять с помощью файла», чтобы образец вернулся в нужное положение в нейтронном пучке. Чтобы вычислить количество проекций на основе теоремы Найквиста, сначала вычислите количество пикселей по горизонтальному измерению выборки и умножьте на 1,5, чтобы получить количество проекций, необходимых для выполнения выборки Найквиста. Введите начальный угол вращения, конечный угол вращения, размер шага вращения, количество изображений на шаг и время экспозиции для каждого изображения.
Запустите компьютерную томографию, нажав кнопку «Собрать данные». На сервере Linux Analysis откройте блокнот Imaris 3D, щелкнув ярлык в верхнем меню, «Приложения», затем «Анализ-визуализация и реконструкция КТ». Запустите первые несколько строк кода, которые загрузят инструменты, необходимые для запуска Imaris 3D.
Загрузите данные в плоское и темное поле. Убедитесь, что все три набора данных загружены правильно. Обрежьте данные, выбрав интересующую область изображения.
При необходимости выполните фильтрацию, выполнив код в разделе фильтрации. Приступайте к нормализации с последующей коррекцией колебаний луча. Выберите фоновую область на изображении с последующей передачей на затухание.
Затем выполните автоматическую коррекцию наклона образца, вычислив наклон с помощью кода и применив коррекцию наклона. Далее выполните вынос удара и расчет центра вращения. Затем выполните объемную реконструкцию и просмотрите данные.
Сохраните данные в папке с номерами проектов с именем Shared. Затем включите программное обеспечение Amira на сервере анализа объекта, загрузите восстановленные фрагменты в программное обеспечение и приступите к визуализации, дальнейшей фильтрации и анализу. Был разработан специально разработанный интерфейс, чтобы направлять этот экспериментальный протокол и минимизировать человеческие ошибки.
Интерфейс логически перемещается по необходимым шагам перед измерением образца. Нейтронная компьютерная томография, или NCT, бедренной кости крысы с титановым имплантатом показана здесь. Были получены НКТ бедренной кости на основе затухания ложного цвета и диагональный разрез кости для выявления имплантата.
Имплантат не взаимодействует с нейтронами так сильно, как костный материал, поэтому его затухание минимально, и он кажется темнее, чем окружающая кость. Трабекулярная кость, которая присутствует в медуллярном пространстве бедренной кости, хорошо видна на проксимальном конце образца. Способность нейтронов обнаруживать образцы мягких тканей была продемонстрирована на легком мыши, фиксированном этанолом.
Реконструированный объем легкого был получен из NCT. Здесь проиллюстрирован разрез правой доли легкого. Получена объемная передача ложного цвета корневой и почвенной системы растений в прямоугольном алюминиевом контейнере.
Несмотря на плохое соотношение сигнал/шум, корневая система в почве хорошо видна на вертикальных срезах образца. Крайне важно оценить размер пикселя, чтобы записанные изображения можно было передать физическим размерам. Качество реконструкции 3D-объема зависит от хорошей выборки в соответствии с теоремой Найквиста.
Более продвинутые методы нейтронной визуализации, такие как интерферометрия с нейтронной градацией, могут быть выполнены после аналогичной процедуры. Эти новые методы ответят на такие вопросы, как трехмерное распределение нанопористости в пористых материалах. Нейтронная радиография и компьютерная томография имеют широкое научное влияние.
Эти методы имеют применение и понимание батарей и механизма их отказа. Продвинутое поведение материалов, таких как 3D-печать, археология, биология и лучшая локализация опухолей.
