La radiographie des nutriments et la tomodensitométrie sont particulièrement bien placées pour mesurer les échantillons biologiques en raison de la sensibilité des nutriments aux atomes d’hydrogène. Le principal avantage de ces techniques est de fournir des cartes tridimensionnelles non destructives et non invasives de la teneur en hydrogène dans les échantillons de tissus ou de la teneur en eau dans les racines et le sol des plantes. L’imagerie des éléments nutritifs s’applique à de nombreux domaines de recherche, comme les matériaux énergétiques, la science des matériaux, l’ingénierie, les plantes, le sol, les mouvements de l’eau, et cetera.
Cette technique ne peut pas être utilisée pour la thérapie ou le diagnostic de l’institut en raison des risques d’exposition aux rayonnements. Cependant, il peut être utilisé pour déterminer les marges tumorales dans les petites tumeurs intactes réséquées, par exemple. Je recommande à une personne intéressée par cette technique de nous contacter et de discuter de ses questions de recherche.
Nos informations sont disponibles sur notre site Web, neutrons.ornl.gov. Yuxuan Zang, scientifique spécialiste de la diffusion des neutrons, Jean Bilheux, informaticien, et Erik Stringfellow, associé scientifique de notre équipe d’imagerie, feront la démonstration de la procédure. Pour commencer, ouvrez une fenêtre de terminal sur l’ordinateur Beamline.
Tapez CSS et appuyez sur Entrée pour lancer l’interface utilisateur. Si elle n’est pas ouverte par défaut, choisissez l’option Accueil de l’utilisateur dans l’onglet Menu pour ouvrir l’interface APEX Imaging. Dans le premier onglet de l’interface, Dispositif ProposalCameraSE, sélectionnez l’optique de ligne de faisceau en cliquant sur le bouton Optique à côté de Caméra/Détecteurs.
Cliquez sur le bouton Fentes pour définir la taille de l’ouverture du sténopé et l’ouverture du système de fente. Boulonner l’étage de rotation sur les étages XY où l’échantillon doit être placé. Si vous utilisez un détecteur autre que CCD, sélectionnez un objectif en fonction de la résolution spatiale et de la distance focale souhaitées.
Après avoir mis au point la caméra, faites la mise au point de l’image à l’emplacement du scintillateur à neutrons. Ensuite, placez un masque de résolution absorbant les neutrons contre le scintillateur du détecteur pour affiner la mise au point de la lentille avec des neutrons. Ensuite, à l’aide d’APEX, automatisez le déplacement du moteur du détecteur et collectez des radiographies excessives en utilisant différentes positions de détecteur à partir du miroir.
Comparez les radiographies en évaluant les paires de lignes dans un outil logiciel d’imagerie tel que Fiji ou ImageJ. Ensuite, fixez l’échantillon dans un récipient en aluminium approprié ou une feuille d’aluminium robuste et placez l’échantillon sur la platine de rotation aussi près que possible du détecteur. Mesurez la distance entre l’échantillon et le détecteur et retirez l’échantillon.
Remplacez-le par le masque de résolution pour évaluer la taille des pixels à la position de l’échantillon dans cette configuration de ligne de faisceau. À l’aide d’une dimension d’entité connue, évaluez le nombre de pixels sur l’entité pour déterminer la taille des pixels. Repositionnez l’échantillon sur l’étage de rotation.
Ensuite, à l’aide de l’onglet Aligner l’échantillon dans l’interface APEX, alignez l’échantillon avec le faisceau de neutrons en prenant des radiographies rapides successives pendant que l’échantillon se déplace jusqu’à ce qu’il soit bien en vue du détecteur. Enregistrez l’exemple de fichier d’alignement. Avant de commencer la tomodensitométrie, cliquez sur l’onglet Aligner l’échantillon et utilisez l’option Vérification automatisée de la rotation de l’échantillon pour vérifier que l’échantillon reste dans le champ de vision à différents angles en évaluant les radiographies au fur et à mesure qu’elles sont générées à différentes orientations d’échantillon avec le faisceau.
Sélectionnez le premier onglet APEX nommé ProposalCameraSE Device. Cliquez sur le bouton Switch Proposal or Sample (Proposition de changement ou échantillon). Sélectionnez le numéro de projet et l’ID d’échantillon à mesurer dans la liste d’échantillons à droite et la liste des propositions à gauche.
Utilisez la flèche de retour pour revenir à l’interface principale d’APEX. Dans la liste des options Détecteur de caméra, sélectionnez le détecteur parmi quatre détecteurs et/ou CCD disponibles, et/ou sCMOS, SBIG CCD ou MCP. Dans la section Exemple de dispositif d’environnement, cliquez sur Étape de rotation, CT Scan.
Sélectionnez ensuite l’une des étapes de rotation qui correspond à l’échantillon à analyser. En bas de l’onglet, sélectionnez Mode d’acquisition de données et sélectionnez le faisceau blanc. Ensuite, sélectionnez le deuxième onglet APEX nommé Aligner l’exemple.
Tapez un exemple de nom de fichier et appuyez sur Entrée. Répétez l’opération pour le nom du sous-dossier. Supposons que l’échantillon est aligné et prêt pour la TDM. Sélectionnez un temps d’acquisition souhaité et cliquez sur le bouton Prendre des images rapides pour collecter une série de radiographies avec différents temps d’acquisition.
Pour évaluer le rapport signal sur bruit, ouvrez les radiographies collectées dans ImageJ ou Fiji et tracez un profil allant de l’échantillon à une zone ouverte. Si plusieurs échantillons sont définis sur l’étage XY sur plusieurs étages de rotation, enregistrez chaque position d’échantillon après l’alignement et cliquez sur le bouton Enregistrer dans un fichier pour enregistrer les données au format CSV. Ensuite, sélectionnez le troisième onglet APEX intitulé Collecter des données pour configurer les paramètres de tomodensitométrie.
Tapez un nom de fichier sur la première ligne accessible en écriture et appuyez sur Entrée. Répétez l’opération pour le nom du sous-dossier. Dans la section Aligner l’exemple à l’aide du fichier enregistré, sélectionnez le fichier qui a précédemment enregistré les positions du moteur de l’échantillon.
Cliquez sur Aligner à l’aide du fichier pour que l’échantillon revienne en position dans le faisceau de neutrons. Pour calculer le nombre de projections basées sur le théorème de Nyquist, calculez d’abord le nombre de pixels sur la dimension horizontale de l’échantillon et multipliez par 1,5 pour obtenir le nombre de projections nécessaires pour remplir l’échantillonnage de Nyquist. Entrez l’angle de début de rotation, l’angle d’extrémité de rotation, la taille du pas de rotation, le nombre d’images par étape et le temps d’exposition de chaque image.
Démarrez la tomodensitométrie en cliquant sur le bouton Collecter des données. Sur le serveur d’analyse Linux, accédez à Imaris 3D Notebook en cliquant sur le raccourci du menu supérieur, Applications, puis Analyse-Imagerie et reconstruction CT. Exécutez les premières lignes du code, ce qui chargera les outils nécessaires pour exécuter Imaris 3D.
Chargez les données à plat et en champ noir. Vérifiez que les trois ensembles de données sont correctement chargés. Recadrez les données en sélectionnant la région d’intérêt dans l’image.
Effectuez le filtrage nécessaire en exécutant le code dans la section de filtrage. Procéder à la normalisation, suivie de la correction de la fluctuation du faisceau. Sélectionnez la région d’arrière-plan de l’image, suivie de la transmission à l’atténuation.
Ensuite, effectuez une correction automatisée de l’inclinaison de l’échantillon en calculant l’inclinaison à l’aide du code et en appliquant la correction d’inclinaison. Ensuite, effectuez le calcul de l’enlèvement de la frappe et du centre de rotation. Ensuite, effectuez une reconstruction volumétrique et affichez les données.
Enregistrez les données dans le dossier de numéro de projet nommé Partagé. Ensuite, activez le logiciel Amira sur le serveur Facility Analysis, chargez les tranches reconstruites dans le logiciel et procédez à la visualisation, au filtrage et à l’analyse. Une interface conçue sur mesure a été développée pour guider ce protocole expérimental et minimiser les erreurs humaines.
L’interface passe logiquement par les étapes nécessaires avant de mesurer un échantillon. La tomodensitométrie neutronique, ou NCT, du fémur d’un rat avec un implant en titane est montrée ici. La fausse atténuation de couleur basée sur le NCT du fémur et une coupe diagonale à travers l’os pour révéler l’implant ont été obtenues.
L’implant n’interagit pas avec les neutrons autant que le matériau osseux, de sorte que son atténuation est minime et qu’il semble plus foncé que l’os environnant. L’os trabéculaire, qui est présent dans l’espace médullaire du fémur, est clairement visible à l’extrémité proximale de l’échantillon. La capacité des neutrons à détecter des échantillons de tissus mous a été démontrée sur un poumon de souris fixé à l’éthanol.
Le volume reconstruit du poumon a été obtenu à partir de NCT. Une coupure à travers le lobe droit du poumon est illustrée ici. Le rendu volumétrique en fausses couleurs d’un système de racines et de sol de plante dans un récipient rectangulaire en aluminium a également été obtenu.
Malgré un faible rapport signal/bruit, le système racinaire dans le sol est clairement visible dans les coupes verticales de l’échantillon. Il est crucial d’évaluer la taille des pixels, afin que les images enregistrées puissent être relayées aux dimensions physiques. La qualité de la reconstruction volumique 3D repose sur un bon échantillonnage suivant le théorème de Nyquist.
Des techniques d’imagerie neutronique plus avancées, telles que l’interférométrie de classification des neutrons, peuvent être réalisées à la suite d’une procédure similaire. Ces nouvelles méthodes répondraient à des questions telles que la distribution tridimensionnelle de la nanoporosité dans les matériaux poreux. La radiographie neutronique et la tomodensitométrie ont un large impact scientifique.
Ces techniques sont d’application et de compréhension des batteries et de leur mécanisme de défaillance. Comportement des matériaux avancés tels que ceux imprimés en 3D, archéologie, biologie et meilleure localisation des tumeurs.
