La radiografía de nutrientes y la tomografía computarizada están en una posición única para medir muestras biológicas debido a la sensibilidad de los nutrientes a los átomos de hidrógeno. La principal ventaja de estas técnicas es proporcionar mapas tridimensionales no destructivos y no invasivos del contenido de hidrógeno en muestras de tejido o el contenido de agua en las raíces de las plantas y el suelo. Las imágenes de nutrientes son aplicables a muchas áreas diferentes de investigación, como materiales energéticos, ciencia de materiales, ingeniería, plantas, suelo, movimientos de agua, etc.
Esta técnica no se puede utilizar para la terapia o el diagnóstico instituto debido a los riesgos de la exposición a la radiación. Sin embargo, se puede utilizar para determinar los márgenes tumorales en pequeños tumores intactos resecados, por ejemplo. Recomiendo a una persona interesada en esta técnica que se ponga en contacto con nosotros y discuta sus preguntas de investigación.
Nuestra información está disponible en nuestro sitio web, neutrons.ornl.gov. Demostrando el procedimiento estarán Yuxuan Zang, un científico de dispersión de neutrones, Jean Bilheux, científico de instrumentos informáticos, y Erik Stringfellow, un asociado científico de nuestro equipo de imágenes. Para comenzar, abra una ventana de terminal en la computadora Beamline.
Escriba CSS y presione Enter para iniciar la interfaz de usuario. Si no se abre de forma predeterminada, elija la opción Inicio de usuario en la pestaña Menú para abrir la interfaz de imágenes APEX. En la primera pestaña de la interfaz, ProposalCameraSE Device, seleccione la óptica Beamline haciendo clic en el botón Optics junto a Camera/Detectors.
Haga clic en el botón Ranuras para establecer el tamaño de apertura del agujero de alfiler y la apertura del sistema de hendidura. Atornille la etapa de rotación a las etapas XY donde se colocará la muestra. Si utiliza un detector que no sea CCD, seleccione una lente según la resolución espacial y la distancia focal deseadas.
Después de enfocar la cámara, enfoque la imagen en la ubicación del centelleador de neutrones. Luego, coloque una máscara de resolución absorbente de neutrones contra el centelleador del detector para ajustar el enfoque de la lente con neutrones. A continuación, utilizando APEX, automatice el movimiento del motor del detector y recopile radiografías excesivas utilizando diferentes posiciones del detector desde el espejo.
Compare las radiografías evaluando pares de líneas en una herramienta de software de imagen como Fiji o ImageJ. Luego, asegure la muestra en un recipiente de aluminio adecuado o papel de aluminio de alta resistencia, y coloque la muestra en la etapa de rotación lo más cerca posible del detector. Mida la distancia muestra-detector y retire la muestra.
Reemplácelo con la máscara de resolución para evaluar el tamaño de píxel en la posición de la muestra en esta configuración de Beamline. Utilizando una dimensión de entidad conocida, evalúe el número de píxeles en la entidad para determinar el tamaño de píxel. Vuelva a colocar la muestra en la etapa de rotación.
A continuación, utilizando la ficha Alinear muestra en la interfaz APEX, alinee la muestra con el haz de neutrones tomando radiografías sucesivas y rápidas mientras la muestra se mueve hasta que esté a la vista del detector. Guarde el archivo de alineación de ejemplo. Antes de iniciar la tomografía computarizada, haga clic en la ficha Alinear muestra y utilice la opción de comprobación Rotación automatizada de la muestra para verificar que la muestra permanezca en el campo de visión en diferentes ángulos evaluando las radiografías a medida que se generan en diferentes orientaciones de muestra con el haz.
Seleccione la primera pestaña APEX denominada ProposalCameraSE Device. Haga clic en el botón Cambiar propuesta o Muestra. Seleccione el número de proyecto y el ID de muestra que se medirán en la lista de muestra de la derecha y la lista de propuestas de la izquierda.
Utilice la flecha hacia atrás para volver a la interfaz principal de APEX. En la lista de opciones Detector de cámara, seleccione el detector entre cuatro detectores y/o CCD disponibles, y/o sCMOS, SBIG CCD o MCP. En la sección Dispositivo de entorno de muestra, haga clic en Etapa de rotación, Tomografía computarizada.
A continuación, seleccione una de las etapas de rotación que corresponda a la muestra que se va a escanear. En la parte inferior de la pestaña, seleccione Modo de adquisición de datos y seleccione White Beam. A continuación, seleccione la segunda pestaña APEX denominada Alinear muestra.
Escriba un nombre de archivo de ejemplo y presione Entrar. Repita el procedimiento para el nombre de la subcarpeta. Suponga que la muestra está alineada y lista para la TC. Seleccione el tiempo de adquisición deseado y haga clic en el botón Tomar imágenes rápidas para recopilar una serie de radiografías con diferentes tiempos de adquisición.
Para evaluar la relación señal-ruido, abra las radiografías recogidas en ImageJ o Fiji y trace un perfil que vaya desde la muestra hasta un área abierta. Si se establecen varias muestras en la etapa XY en varias etapas de rotación, registre cada posición de muestra después de la alineación y haga clic en el botón Guardar en un archivo para guardar los datos como archivo CSV. A continuación, seleccione la tercera pestaña APEX titulada Recopilar datos para configurar los parámetros de la tomografía computarizada.
Escriba un nombre de archivo en la primera línea grabable y presione Entrar. Repita el procedimiento para el nombre de la subcarpeta. En la sección Alinear muestra mediante el archivo guardado, seleccione el archivo que registró previamente las posiciones del motor de muestra.
Haga clic en Alinear usando archivo para que la muestra vuelva a su posición en el haz de neutrones. Para calcular el número de proyecciones basadas en el teorema de Nyquist, primero, calcule el número de píxeles a través de la dimensión horizontal de la muestra y multiplíquelo por 1.5 para obtener el número de proyecciones necesarias para cumplir con el muestreo de Nyquist. Introduzca el ángulo de inicio de rotación, el ángulo final de rotación, el tamaño del paso de rotación, el número de imágenes por paso y el tiempo de exposición de cada imagen.
Inicie la tomografía computarizada haciendo clic en el botón Recopilar datos. En el servidor de análisis de Linux, acceda a Imaris 3D Notebook haciendo clic en el acceso directo del menú superior, Aplicaciones, luego Análisis-Imágenes y reconstrucción por TC. Ejecute las primeras líneas del código, que cargará las herramientas necesarias para ejecutar Imaris 3D.
Cargue los datos planos y de campo oscuro. Compruebe que los tres conjuntos de datos están cargados correctamente. Recorte los datos seleccionando la región de interés en la imagen.
Realice el filtrado según sea necesario ejecutando el código en la sección de filtrado. Proceda con la normalización, seguida de la corrección de la fluctuación del haz. Seleccione la región de fondo de la imagen, seguida de la transmisión a la atenuación.
A continuación, realice la corrección automática de la inclinación de la muestra calculando la inclinación utilizando el código y aplicando la corrección de inclinación. A continuación, realice la eliminación de golpes y el cálculo del centro de rotación. A continuación, realice la reconstrucción volumétrica y vea los datos.
Guarde los datos en la carpeta de número de proyecto denominada Shared. Luego, active el software Amira en el servidor de análisis de instalaciones, cargue los segmentos reconstruidos en el software y continúe con la visualización, el filtrado adicional y el análisis. Se desarrolló una interfaz diseñada a medida para guiar este protocolo experimental y minimizar el error humano.
La interfaz se mueve lógicamente a través de los pasos necesarios antes de medir una muestra. La tomografía computarizada de neutrones, o NCT, del fémur de una rata con un implante de titanio se muestra aquí. Se obtuvo la falsa atenuación del color basada en NCT del fémur y un corte diagonal a través del hueso para revelar el implante.
El implante no interactúa con los neutrones tanto como el material óseo, por lo que su atenuación es mínima y parece más oscuro que el hueso circundante. El hueso trabecular, que está presente dentro del espacio medular del fémur, es claramente visible en el extremo proximal de la muestra. La capacidad de los neutrones para detectar muestras de tejidos blandos se demostró en un pulmón de ratón fijado en etanol.
El volumen reconstruido del pulmón se obtuvo de NCT. Aquí se ilustra un corte a través del lóbulo derecho del pulmón. También se obtuvo la representación volumétrica de color falso de una raíz de planta y un sistema de suelo en un recipiente rectangular de aluminio.
A pesar de una mala relación señal-ruido, el sistema radicular en el suelo es claramente visible en los cortes verticales de la muestra. Es crucial evaluar el tamaño de píxel, para que las imágenes grabadas se puedan transmitir a las dimensiones físicas. La calidad de la reconstrucción del volumen 3D se basa en un buen muestreo siguiendo el teorema de Nyquist.
Las técnicas de imagen de neutrones más avanzadas, como la interferometría de clasificación de neutrones, se pueden realizar siguiendo un procedimiento similar. Estos nuevos métodos responderían a preguntas, como la distribución tridimensional de la nanoporosidad en materiales porosos. La radiografía de neutrones y la tomografía computarizada tienen un amplio impacto científico.
Estas técnicas son de aplicación y la comprensión de las baterías y su mecanismo de falla. Comportamiento avanzado de los materiales, como los impresos en 3D, arqueología, biología y mejor localización de tumores.
