Næringsstofradiografi og computertomografi er unikt placeret til at måle biologiske prøver på grund af næringsstoffernes følsomhed over for hydrogenatomer. Den største fordel ved disse teknikker er at tilvejebringe ikke-destruktive og ikke-invasive tredimensionelle kort over hydrogenindhold i vævsprøver eller vandindhold i planterødder og jord. Næringsstofbilleddannelse kan anvendes på mange forskellige forskningsområder, såsom energimaterialer, materialevidenskab, teknik, planter, jord, vandbevægelser osv.
Denne teknik kan ikke anvendes til terapi eller iværksætte diagnostik på grund af risikoen for strålingseksponering. Det kan dog bruges til at bestemme tumormargener i små resekterede intakte tumorer, for eksempel. Jeg anbefaler en person, der er interesseret i denne teknik, at kontakte os og diskutere deres forskningsspørgsmål.
Vores oplysninger er tilgængelige på vores hjemmeside, neutrons.ornl.gov. Demonstration af proceduren vil være Yuxuan Zang, en neutronspredningsforsker, Jean Bilheux, computerinstrumentforsker og Erik Stringfellow, en videnskabelig medarbejder fra vores billedbehandlingsteam. For at begynde skal du åbne et terminalvindue på Beamline-computeren.
Skriv CSS, og tryk på Enter for at starte brugergrænsefladen. Hvis den ikke åbnes som standard, skal du vælge indstillingen Brugerstart under fanen Menu for at åbne APEX-billedgrænsefladen. I den første fane i grænsefladen, ProposalCameraSE Device, skal du vælge Beamline-optikken ved at klikke på knappen Optik ved siden af Kamera/detektorer.
Klik på knappen Spalter for at indstille pinhole blændestørrelse og åbning af spaltesystemet. Rotationstrinnet boltes fast på de XY-trin, hvor prøven skal placeres. Hvis du bruger en anden detektor end CCD, skal du vælge et objektiv i henhold til ønsket rumlig opløsning og brændvidde.
Når du har fokuseret kameraet, skal du fokusere billedet på neutronscintillatorens placering. Placer derefter en neutronabsorberende opløsningsmaske mod detektorscintillator for at finjustere linsefokus med neutroner. Brug derefter APEX til at automatisere bevægelse af detektormotoren og indsamle overdrevne røntgenbilleder ved hjælp af forskellige detektorpositioner fra spejlet.
Sammenlign røntgenbillederne ved at evaluere linjepar i et billedsoftwareværktøj som Fiji eller ImageJ. Fastgør derefter prøven i en passende aluminiumsbeholder eller kraftig aluminiumsfolie, og placer prøven på rotationstrinnet så tæt som muligt på detektoren. Mål afstanden mellem prøve og detektor, og fjern prøven.
Udskift den med opløsningsmasken for at evaluere pixelstørrelsen ved prøveposition i denne Beamline-konfiguration. Brug en kendt funktionsdimension til at evaluere antallet af pixel på tværs af funktionen for at bestemme pixelstørrelsen. Flyt prøven på rotationstrinnet.
Brug derefter fanen Juster prøve i APEX-grænsefladen til at justere prøven med neutronstrålen ved at tage successive, hurtige røntgenbilleder, mens prøven bevæger sig, indtil den er i fuld visning af detektoren. Gem eksempeljusteringsfilen. Før du starter CT-scanningen, skal du klikke på fanen Juster prøve og bruge indstillingen Automatiseret prøverotationskontrol til at kontrollere, at prøven forbliver i synsfeltet i forskellige vinkler ved at vurdere røntgenbilleder, da de genereres i forskellige prøveretninger med strålen.
Vælg den første APEX-fane med navnet ProposalCameraSE-enhed. Klik på knappen Skift forslag eller prøve. Vælg det projektnummer og eksempel-id, der skal måles, på eksempellisten til højre og listen over forslag til venstre.
Brug tilbagepilen til at vende tilbage til APEX-hovedgrænsefladen. På listen Kameradetektor skal du vælge detektoren blandt fire tilgængelige detektorer og/eller CCD og/eller sCMOS, SBIG CCD eller MCP. I afsnittet Prøvemiljøenhed skal du klikke på Rotationsfase, CT-scanning.
Vælg derefter et af de rotationstrin, der svarer til det eksempel, der skal scannes. Nederst på fanen skal du vælge Dataindsamlingstilstand og vælge den hvide stråle. Vælg derefter den anden APEX-fane med navnet Juster eksempel.
Skriv et eksempelfilnavn, og tryk på Enter. Gentag for navnet på undermappen. Antag, at prøven er justeret og klar til CT. Vælg et ønsket anskaffelsestidspunkt, og klik på knappen Tag hurtige billeder for at indsamle en række røntgenbilleder med forskellige anskaffelsestider.
For at evaluere signal-støj-forholdet skal du åbne de indsamlede røntgenbilleder i ImageJ eller Fiji og plotte en profil, der går fra prøven til et åbent område. Hvis der indstilles flere prøver på XY-trinnet på flere rotationstrin, skal du registrere hver prøveposition efter justering og klikke på knappen Gem i en fil for at gemme dataene som CSV-fil. Vælg derefter den tredje APEX-fane med titlen Indsaml data for at konfigurere CT-scanningsparametrene.
Skriv et filnavn på den første skrivbare linje, og tryk på Enter. Gentag for navnet på undermappen. I afsnittet Juster prøve ved hjælp af den gemte fil skal du vælge den fil, der tidligere registrerede prøvemotorpositionerne.
Klik på Juster ved hjælp af fil for at få prøven til at gå tilbage på plads i neutronstrålen. For at beregne antallet af projektioner baseret på Nyquists sætning skal du først beregne antallet af pixels på tværs af prøvens vandrette dimension og gange med 1,5 for at opnå antallet af nødvendige projektioner for at opfylde Nyquists prøveudtagning. Angiv rotationens startvinkel, rotationens slutvinkel, størrelsen på rotationstrinnet, antallet af billeder pr. trin og eksponeringstiden for hvert billede.
Start CT-scanningen ved at klikke på knappen Indsaml data. På Linux Analysis-serveren skal du få adgang til Imaris 3D Notebook ved at klikke på den øverste menugenvej, Programmer, derefter Analyse-Imaging og CT-rekonstruktion. Kør de første par linjer i koden, som vil indlæse de nødvendige værktøjer til at køre Imaris 3D.
Indlæs dataene fladt og mørkt. Kontroller, at alle tre datasæt er korrekt indlæst. Beskær dataene ved at vælge det område, der er af interesse i billedet.
Udfør filtrering efter behov ved at køre koden i filtreringsafsnittet. Fortsæt med normalisering efterfulgt af korrektion af stråleudsving. Vælg baggrundsområdet fra billedet efterfulgt af transmission til dæmpning.
Udfør derefter automatisk prøvehældningskorrektion ved at beregne hældningen ved hjælp af koden og anvende hældningskorrektionen. Udfør derefter fjernelse af strejke og beregning af rotationscenter. Udfør derefter volumetrisk rekonstruktion og se dataene.
Gem dataene i projektmappen Delt. Tænd derefter Amira-softwaren på facilitetsanalyseserveren, indlæs de rekonstruerede skiver i softwaren, og fortsæt med visualisering, yderligere filtrering og analyse. En specialdesignet grænseflade blev udviklet til at guide denne eksperimentelle protokol og minimere menneskelige fejl.
Grænsefladen bevæger sig logisk gennem de nødvendige trin inden måling af en prøve. Neutroncomputertomografi, eller NCT, af en rottes lårben med et titaniumimplantat er vist her. Den falske farvedæmpning baseret NCT af lårbenet og en diagonal skåret gennem knoglen for at afsløre implantatet blev opnået.
Implantatet interagerer ikke så meget med neutroner som knoglematerialet, så dets dæmpning er minimal, og det ser mørkere ud end den omgivende knogle. Den trabekulære knogle, som er til stede i lårbenets medullære rum, er tydeligt synlig i den proksimale ende af prøven. Neutroners evne til at detektere bløddelsprøver blev demonstreret på en ethanolfikseret muselunge.
Det rekonstruerede volumen af lungen blev opnået fra NCT. Et snit gennem højre lungelap er illustreret her. Den falske farvevolumetriske gengivelse af et planterods- og jordsystem i en rektangulær aluminiumsbeholder blev også opnået.
På trods af et dårligt signal-støj-forhold er rodsystemet i jorden tydeligt synligt i lodrette snit af prøven. Det er afgørende at evaluere pixelstørrelsen, så de optagede billeder kan videresendes til de fysiske dimensioner. Kvaliteten af 3D-volumenrekonstruktion afhænger af god prøveudtagning efter Nyquist-sætningen.
Mere avancerede neutronbilleddannelsesteknikker, såsom neutronklassificeringsinterferometri, kan udføres efter en lignende procedure. Disse nye metoder ville besvare spørgsmål, såsom den tredimensionelle nanoporøsitetsfordeling i porøse materialer. Neutronradiografi og computertomografi har den brede videnskabelige virkning.
Disse teknikker er af anvendelse og forståelse af batterier og deres fejlmekanisme. Avanceret materialeadfærd såsom 3D-printede, arkæologi, biologi og bedre lokalisering af tumorer.