X선 마이크로 단층 촬영

X-ray microtomography
트리호퍼의 마이크로 CT 3D 렌더링
잎 조각의 µCT 스캔의 3D 렌더링, 분해능은 약 40µm/복셀이다.
Ti2AlC/Al MAX 위상복합체의[1] 2상 µCT 해석

단층촬영이나 X선 컴퓨터단층촬영과 같은 X선 마이크로토모그래피는 X선을 사용하여 원래 물체를 파괴하지 않고 가상 모델(3D 모델)을 재현하는 데 사용할 수 있는 물리적 물체의 단면을 만든다. 접두사 micro-(기호: µ)는 횡단면의 픽셀 크기가 마이크로미터 범위에 있음을 나타내기 위해 사용된다.[2] 이러한 픽셀 크기는 고해상도 X선 단층 촬영, 마이크로 컴팩트 단층 촬영(micro-CT 또는 µCT)이라는 용어와 유사한 용어로도 나타났다. 때로는 고해상도 CT(HRCT)와 마이크로-CT라는 용어가 구별되기도 하지만,[3] 다른 경우에는 고해상도 마이크로-CT라는 용어가 사용된다.[4] 사실상 오늘날의 모든 단층 촬영은 컴퓨터 단층 촬영이다.

Micro-CT는 의료 영상과 산업용 컴퓨터 단층 촬영에 모두 응용할 수 있다. 일반적으로 스캐너 설정에는 두 가지 유형이 있다. 한 설정에서 X선 소스와 검출기는 검체/동물이 회전하는 동안 일반적으로 스캔 중에 정지해 있다. 임상 CT 스캐너에 훨씬 더 가까운 두 번째 설정은 X선 튜브와 검출기가 회전하는 동안 동물/식물이 우주에 정지해 있는 갠트리 기반이다. 이러한 스캐너는 일반적으로 작은 동물(체내 스캐너), 생체 검체, 식품, 마이크로포실 및 세부 정보가 필요한 기타 연구에 사용된다.

최초의 X선 마이크로 단층 촬영 시스템은 1980년대 초에 짐 엘리엇에 의해 고안되고 만들어졌다. 처음 공개된 X선 마이크로토모그래픽 이미지는 작은 열대 다슬기의 조각들을 재구성했으며, 화소 크기는 약 50마이크로미터였다.[5]

작업원리

영상 시스템

팬 빔 재구성

팬빔 시스템은 1차원(1D) X선 검출기와 전자 X선 선원을 기반으로 물체의 2D 단면을 만든다. 일반적으로 인간 컴퓨터 단층 촬영 시스템에 사용된다.

원뿔 빔 재구성

콘빔 시스템은 2D X선 검출기(카메라)와 전자 X선 소스를 기반으로 하며, 나중에 영상 단면을 재구성하는 데 사용될 투영 영상을 생성한다.

개방/폐쇄 시스템

개방형 X선 시스템

개방형 시스템에서는 X선이 새어나오거나 누출될 수 있으므로 작업자는 방패 뒤에 있거나 특수 보호복을 착용하거나 먼 거리 또는 다른 방에서 스캐너를 작동해야 한다. 이러한 스캐너의 대표적인 예는 인간 버전 또는 큰 물체를 위해 고안된 버전이다.

폐쇄형 X선 시스템

폐쇄형 시스템에서는 X선 차폐가 스캐너 주위에 있어 조작자가 스캐너를 책상이나 특수 테이블 위에 놓을 수 있다. 스캐너는 차폐되어 있지만 X선은 금속으로 흡수되었다가 안테나처럼 다시 방출되는 경향이 있기 때문에 주의해야 하고 조작자는 일반적으로 선량계를 휴대해야 한다. 일반적인 스캐너는 비교적 무해한 양의 X선을 생성하지만 짧은 시간 내에 반복적으로 스캔하면 위험할 수 있다. 소형 픽셀 피치와 마이크로 포커스 X선 튜브가 장착된 디지털 검출기는 고해상도 영상에서 수율을 높이기 위해 주로 사용된다.[6]

X선을 보호하기 위해 납이 사용되기 때문에 폐쇄 시스템은 매우 무거워지는 경향이 있다. 따라서 소형 스캐너는 표본이 들어갈 공간이 작을 뿐이다.

3D 영상 재구성

원칙

마이크로토모그래피 스캐너는 등방성, 즉 해상도, 근접한 등방성을 제공하므로 영상 표시는 기존의 축 영상에 국한할 필요가 없다. 대신 소프트웨어 프로그램이 개별 슬라이스를 하나씩 다른 슬라이스 위에 '스택'하여 볼륨을 구축하는 것이 가능하다. 그런 다음 프로그램은 볼륨을 다른 방식으로 표시할 수 있다.[7]

이미지 재구성 소프트웨어

X선 마이크로토모그래피의 경우 ASTRA 툴박스와 같은 강력한 오픈소스 소프트웨어를 이용할 수 있다.[8][9] ASTRA Toolbox는 2D 및 3D 단층 촬영용 고성능 GPU 프라이머의 MATLAB 및 Python 툴박스로, 2009~2014년 iMinds-Vision Lab, UAntwerpen, CWI가 공동으로 개발한 제품이다. 툴박스는 병렬, 팬 및 콘 빔을 지원하며, 매우 유연한 소스/디텍터 위치 지정 기능을 제공한다. FBP, ART, SIRT, SART, CGLS를 포함한 다수의 재구성 알고리즘을 사용할 수 있다.[10]

3D 시각화를 위해, 톰비즈는 단층 촬영에 인기 있는 오픈 소스 툴이다.[citation needed]

볼륨 렌더링

볼륨 렌더링은 마이크로토모그래피 스캐너에 의해 생성된 3D 이산 샘플링 데이터 세트의 2D 투영을 표시하기 위해 사용되는 기법이다. 일반적으로 이러한 것들은 정규 패턴(예: 밀리미터당 한 조각씩)으로 획득되며 보통 정규 패턴의 영상 픽셀 수를 가진다. 이것은 복셀을 둘러싸고 있는 직접적인 영역을 샘플링하여 얻은 단일 값으로 나타내는 각 체적 요소 또는 복셀이 있는 정규 체적 그리드의 예다.

영상 분할

서로 다른 구조물이 유사한 임계 밀도를 갖는 경우 단순히 볼륨 렌더링 파라미터를 조정하여 분리하는 것이 불가능해질 수 있다. 이 솔루션을 분할이라고 하며, 영상에서 원하지 않는 구조를 제거할 수 있는 수동 또는 자동 절차라고 한다.

일반적인 용법

고고학

바이오메디컬

  • 체외 및 생체내 작은 동물 이미징 모두
  • 뉴런[12]
  • 사람의 피부 샘플
  • 치아를 포함한 뼈 샘플,[13] 설치류부터 사람의 생체검사까지 다양한 크기
  • 호흡 게이트를 사용한 폐 영상 촬영
  • 심장 동기화를 이용한 심혈관 영상촬영
  • 사람의 눈, 안구 미세구조 및 종양의[14] 영상화
  • 종양 영상촬영(조영제가 필요할 수 있음)
  • 연조직 이미징[15]
  • 곤충[16]
  • 기생충학 – 기생충의 이동,[17] 기생충 형태학[18][19]

발달생물학

  • 주머니의[20] 성장기 동안 멸종된 태즈메이니아 호랑이의 발전추적 연구
  • 모델 및 비모델 유기체(코끼리,[21] 제브라피쉬,[22] 고래[23])

전자제품

  • 소형 전자 부품. 예: 플라스틱 케이스의 DRAM IC

마이크로디바이스

복합재료 및 금속성 폼

폴리머, 플라스틱

다이아몬드

  • 다이아몬드의 결점을 발견하고 그것을 자르는 가장 좋은 방법을 찾는 것.

음식과 씨앗

  • X선 마이크로토모그래피를[24] 이용한 식품의 3-D 영상촬영
  • 식량작물의[25] 온열 및 가뭄 스트레스 분석

나무와 종이

  • 연도 주기성 및 세포 구조를 시각화하는 나무 조각

건축 재료

지질학

지질학에서는 저수지 암석의 미세공극을 분석하는 데 사용되며, 염기서열층 분석을 위한 미세유동분석에 사용할 수 있다. 석유 탐사에서는 미세한 모공과 나노 입자 아래의 석유 흐름을 모형화하는 데 사용된다.

최대 1nm의 해상도를 제공할 수 있다.

화석

마이크로포실

방사선 전문의의 X선 마이크로 단층촬영, 트리플로코커스 아칸티쿠스
이것은 네 개의 구가 중첩된 오르도비치의 미세화석이다. 가장 안쪽 구면은 빨간색으로 강조되어 있다. 각 세그먼트는 동일한 척도로 표시된다.[27]
  • 벤트호닉포라미퍼스

팔래오그래피

공간

스테레오 이미지

  • 파란색, 녹색 또는 파란색 필터로 시각화하여 깊이 보기

다른이들

참고 항목

참조

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외부 링크