В радиографии рентгеновская микротомография использует рентгеновские лучи для создания поперечных сечений физического объекта, которые могут быть использованы для воссоздания виртуальной модели (3D-модели) без разрушения исходного объекта. Это похоже на томографию и рентгеновскую компьютерную томографию. Префикс микро- (символ: μ) используется для указания того, что размеры пикселей поперечных сечений находятся в микрометровом диапазоне. Эти размеры пикселей также привели к созданию его синонимов высокоразрешающая рентгеновская томография, микрокомпьютерная томография (микро-КТ или μКТ) и подобных терминов. Иногда термины высокоразрешающая компьютерная томография (ВРКТ) и микро-КТ различаются, но в других случаях используется термин высокоразрешающая микро-КТ. Практически вся томография сегодня является компьютерной томографией.
Микро-КТ применяется как в медицинской визуализации, так и в промышленной компьютерной томографии. В целом существует два типа установок сканера. В одной установке источник рентгеновского излучения и детектор обычно неподвижны во время сканирования, в то время как образец/животное вращается. Вторая установка, гораздо больше похожая на клинический КТ-сканер, основана на гентри, где животное/образец неподвижно в пространстве, в то время как рентгеновская трубка и детектор вращаются вокруг. Эти сканеры обычно используются для небольших животных (сканеры in vivo), биомедицинских образцов, продуктов питания, микроископаемых и других исследований, для которых желательна мельчайшая детализация.
Первая система рентгеновской микротомографии была задумана и создана Джимом Эллиоттом в начале 1980-х годов. Первые опубликованные рентгеновские микротомографические изображения представляли собой реконструированные срезы небольшой тропической улитки с размером пикселя около 50 микрометров.
Принцип работы
Система визуализации
Реконструкция веерного луча
Система веерного луча основана на одномерном (1D) рентгеновском детекторе и электронном рентгеновском источнике, создающем 2D поперечные сечения объекта. Обычно используется в системах компьютерной томографии человека.
Реконструкция конусного луча
Система конусно-лучевого сканирования основана на двухмерном рентгеновском детекторе (камере) и электронном источнике рентгеновского излучения, создающем проекционные изображения, которые впоследствии будут использоваться для реконструкции поперечных сечений изображений.
Открытые/закрытые системы
Открытая рентгеновская система
В открытой системе рентгеновские лучи могут выходить или просачиваться, поэтому оператор должен находиться за экраном, иметь специальную защитную одежду или управлять сканером на расстоянии или из другой комнаты. Типичными примерами таких сканеров являются человеческие версии или сканеры, предназначенные для больших объектов.
Закрытая рентгеновская система
В закрытой системе рентгеновская защита устанавливается вокруг сканера, чтобы оператор мог поставить сканер на стол или специальный столик. Хотя сканер защищен, необходимо соблюдать осторожность, и оператор обычно носит с собой дозиметр, поскольку рентгеновские лучи имеют тенденцию поглощаться металлом, а затем повторно излучаться как антенна. Хотя типичный сканер будет производить относительно безвредный объем рентгеновских лучей, повторное сканирование в течение короткого периода времени может представлять опасность. Цифровые детекторы с малым шагом пикселя и микрофокусные рентгеновские трубки обычно используются для получения изображений с высоким разрешением.
Закрытые системы, как правило, становятся очень тяжелыми, поскольку свинец используется для защиты рентгеновских лучей. Поэтому в сканерах меньшего размера есть только небольшое пространство для образцов.
Реконструкция 3D-изображения
Принцип
Поскольку микротомографические сканеры предлагают изотропное или почти изотропное разрешение, отображение изображений не обязательно должно быть ограничено обычными аксиальными изображениями. Вместо этого программа может построить объем, «накладывая» отдельные срезы один на другой. Затем программа может отобразить объем альтернативным способом.
Программное обеспечение для реконструкции изображений
Для рентгеновской микротомографии доступно мощное программное обеспечение с открытым исходным кодом, такое как ASTRA Toolbox. ASTRA Toolbox — это набор инструментов MATLAB и Python для высокопроизводительных примитивов GPU для 2D- и 3D-томографии, разработанный с 2009 по 2014 год iMinds-Vision Lab, Университет Антверпена, а с 2014 года совместно разработанный iMinds-VisionLab, UAntwerpen и CWI, Амстердам. Набор инструментов поддерживает параллельный, веерный и конический луч с очень гибким позиционированием источника/детектора. Доступно большое количество алгоритмов реконструкции, включая FBP, ART, SIRT, SART, CGLS.
Для 3D-визуализации tomviz — популярный инструмент с открытым исходным кодом для томографии.
Объемная визуализация
Объемная визуализация — это метод, используемый для отображения 2D-проекции 3D-дискретно отобранного набора данных, созданного микротомографическим сканером. Обычно они собираются в регулярном шаблоне, например, один срез на миллиметр, и обычно имеют регулярное количество пикселей изображения в регулярном шаблоне. Это пример регулярной объемной сетки, в которой каждый объемный элемент или воксель представлен одним значением, которое получается путем выборки непосредственной области, окружающей воксель.
Сегментация изображения
Если разные структуры имеют схожую пороговую плотность, может стать невозможным разделить их просто путем настройки параметров объемного рендеринга. Решение называется сегментацией, ручной или автоматической процедурой, которая может удалить нежелательные структуры с изображения.
Типичное использование
Археология
Биомедицинский
Биология развития
Электроника
Микроустройства
Композиционные материалы и металлические пены
Полимеры, пластмассы
Бриллианты
Еда и семена
Дерево и бумага
Строительные материалы
Геология
В геологии он используется для анализа микропор в породах-коллекторах, может использоваться в микрофациальном анализе для стратиграфии последовательности. В разведке нефти он используется для моделирования потока нефти под микропорами и наночастицами.
Он может обеспечить разрешение до 1 нм.