ツノゼミ のマイクロCTの3Dレンダリング葉片のμCTスキャンの3Dレンダリング、解像度約 40μm/ボクセル Ti2AlC/Al MAX相 複合材料 の2相μCT分析[ 1 ] 放射線撮影 では、X線マイクロトモグラフィーは、 X線 を使用して物理的なオブジェクトの断面を作成し、元のオブジェクトを破壊することなく仮想モデル(3D モデル )を再現するために使用できます。これは、トモグラフィー やX 線コンピュータ断層撮影 に似ています。接頭辞 micro- (記号: μ)は、断面のピクセルサイズが マイクロメートル 範囲であることを示すために使用されます。[ 2 ] これらのピクセルサイズにより、高解像度 X 線トモグラフィー 、マイクロコンピュータ断層撮影 (マイクロ CT またはμCT )、および同様の用語の同義語も作成されました。高解像度コンピュータ断層撮影 (HRCT)とマイクロ CTという用語は区別される場合もありますが、[ 3 ] 他の場合は高解像度マイクロ CT という用語が使用されます。[ 4 ] 今日では、ほぼすべてのトモグラフィーはコンピュータ断層撮影です。
マイクロCTは、医療画像処理 と産業用コンピュータ断層撮影 の両方に応用されています。一般的に、スキャナーの構成には2種類あります。1つは、X線源と検出器がスキャン中に固定され、サンプル/動物が回転する構成です。もう1つは、臨床用CTスキャナーによく似たガントリー式の構成で、動物/標本が空間的に固定され、X線管と検出器が回転します。これらのスキャナーは、通常、小動物(生体 スキャナー)、生物医学サンプル、食品、微化石、および微細な詳細が求められるその他の研究に使用されます。
最初のX線マイクロトモグラフィーシステムは、1980年代初頭にロンドン病院医科大学のジェームズ・C・エリオット教授によって考案され、構築されました。最初に発表されたX線マイクロトモグラフィー画像は、新熱帯地方の小型巻貝(Biomphalaria glabrata ) の再構成されたスライスで、ピクセルサイズは約50マイクロメートルでした。[ 5 ]
動作原理
イメージングシステム
コーンビーム再構成 コーンビームシステムは、2次元X線検出器(カメラ )と電子X線源に基づいており、投影画像を生成する。この投影画像は、後で画像断面を再構成するために使用される。
開放系/閉鎖系
オープン型X線システム 開放型システムでは、X線が漏れ出す可能性があるため、操作者は遮蔽板の後ろにいるか、特別な防護服を着用するか、あるいはスキャナーを離れた場所や別の部屋から操作する必要があります。こうしたスキャナーの典型的な例としては、人体用や大型物体用に設計されたものが挙げられます。
閉鎖型X線システム 密閉システムでは、X線遮蔽材がスキャナの周囲に配置され、オペレーターはスキャナを机や専用テーブルの上に置くことができます。スキャナは遮蔽されていますが、X線は金属に吸収されてアンテナのように再放出される傾向があるため、注意が必要であり、オペレーターは通常線量計を携帯します。一般的なスキャナは比較的無害な量のX線を発生させますが、短時間で繰り返しスキャンすると危険が生じる可能性があります。高解像度画像を得るために、通常は小さなピクセルピッチのデジタル検出器とマイクロフォーカスX線管が使用されます。[ 6 ]
密閉型システムは、X線を遮蔽するために鉛を使用するため、非常に重くなりがちです。そのため、小型のスキャナーではサンプルを収容できるスペースが限られてしまいます。
3D画像再構成 100kVの管電圧と12Wの管電力でコーンビームμCTシステムを用いてウェブカメラ をスキャンした一連の投影画像
原則 マイクロトモグラフィースキャナは等方性 、またはほぼ等方性の解像度を提供するため、画像の表示は従来の軸方向画像に限定される必要はありません。代わりに、ソフトウェアプログラムが個々のスライスを互いに「積み重ねる」ことによってボリュームを構築することが可能です。その後、プログラムはボリュームを別の方法で表示することができます。[ 7 ]
画像再構成ソフトウェア X線マイクロトモグラフィーには、ASTRAツールボックスなどの強力なオープンソースソフトウェアが利用可能です。[ 8 ] [ 9 ] ASTRAツールボックスは、2Dおよび3Dトモグラフィー用の高性能GPUプリミティブのMATLABおよびPythonツールボックスで、2009年から2014年まではアントワープ大学のiMinds-Vision Labによって開発され、2014年以降はアントワープ大学のiMinds-VisionLabとアムステルダムのCWIによって共同開発されています。このツールボックスは、平行ビーム、ファンビーム、コーンビームをサポートし、光源/検出器の配置を非常に柔軟に行うことができます。FBP、ART、SIRT、SART、CGLSなど、多数の再構成アルゴリズムが利用可能です。[ 10 ]
3D可視化に関しては、tomviz は断層撮影用の人気のあるオープンソースツールです。
ボリュームレンダリング ボリュームレンダリングと は、マイクロトモグラフィースキャナによって生成された、離散的にサンプリングされた3Dデータセットの2D投影を表示する技術です。通常、これらのデータは規則的なパターン(例えば、1ミリメートルごとに1スライス)で取得され、規則的なパターンで一定数の画像ピクセルが含まれています。これは規則的なボリュームグリッドの一例であり、各ボリューム要素(ボクセル)は、ボクセルの周囲の領域をサンプリングすることによって得られる単一の値で表されます。
画像セグメンテーション 異なる構造が類似した閾値密度を持つ場合、ボリュームレンダリングパラメータを調整するだけではそれらを分離することが不可能になることがあります。解決策はセグメンテーション と呼ばれ、画像から不要な構造を除去できる手動または自動の手順です。[ 11 ] [ 12 ]
典型的な使用例
石油工学 貯留層特性評価におけるマイクロCTの注目すべき応用例として、異方性流動特性を評価するためのデジタル岩石モデルの構築が挙げられる。[ 15 ]
ダイヤモンド ダイヤモンド の欠陥を検出し、最適なカット方法を見つけること。
地質学 地質学では、貯留岩の微細孔の分析に使用され、[ 35 ] [ 36 ] シーケンス層序の微細相分析に使用できます。石油 探査では、微細孔やナノ粒子の下の石油の流れをモデル化するために使用されます。
最大1nmの解像度を実現できます 。
微化石 放散虫 Triplococcus acanthicus のX線マイクロトモグラフィーこれは中期オルドビス紀 の微化石で、4つの球体が入れ子状になっています。最も内側の球体は赤く強調表示されています。各セグメントは同じ縮尺で表示されています。[ 40 ]
ステレオ画像 青と緑、または青のフィルターを使用して奥行きを視覚化する
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