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Microtomografía de rayos X

Representación 3D de una micro TC de un insecto saltahojas .
Representación 3D de una exploración μCT de un trozo de hoja, resolución aproximada de 40 μm/ vóxel .
Análisis μCT de dos fases del compuesto de fase Ti2AlC/Al MAX [1]

En radiografía , la microtomografía de rayos X utiliza rayos X para crear secciones transversales de un objeto físico que se pueden usar para recrear un modelo virtual ( modelo 3D ) sin destruir el objeto original. Es similar a la tomografía y la tomografía computarizada de rayos X. El prefijo micro- (símbolo: μ) se utiliza para indicar que los tamaños de píxel de las secciones transversales están en el rango micrométrico . [2] Estos tamaños de píxel también han dado lugar a la creación de sus sinónimos tomografía de rayos X de alta resolución , microtomografía computarizada ( micro-CT o μCT ) y términos similares. A veces se diferencian los términos tomografía computarizada de alta resolución (HRCT) y micro-CT, [3] pero en otros casos se utiliza el término micro-CT de alta resolución . [4] Prácticamente toda la tomografía actual es tomografía computarizada.

La microtomografía computarizada tiene aplicaciones tanto en la obtención de imágenes médicas como en la tomografía computarizada industrial . En general, existen dos tipos de configuraciones de escáner. En una configuración, la fuente de rayos X y el detector suelen estar estacionarios durante la exploración mientras la muestra/animal gira. La segunda configuración, mucho más parecida a un escáner de TC clínico, se basa en un pórtico donde el animal/muestra está estacionario en el espacio mientras el tubo de rayos X y el detector giran. Estos escáneres se utilizan normalmente para animales pequeños ( escáneres in vivo ), muestras biomédicas, alimentos, microfósiles y otros estudios para los que se desean detalles minuciosos.

El primer sistema de microtomografía de rayos X fue concebido y construido por Jim Elliott a principios de la década de 1980. Las primeras imágenes microtomográficas de rayos X publicadas fueron cortes reconstruidos de un pequeño caracol tropical, con un tamaño de píxel de aproximadamente 50 micrómetros. [5]

Principio de funcionamiento

Sistema de imágenes

Reconstrucción con haz de abanico

El sistema de haz en abanico se basa en un detector de rayos X unidimensional (1D) y una fuente electrónica de rayos X, que crea secciones transversales 2D del objeto. Se utiliza habitualmente en sistemas de tomografía computarizada humana .

Reconstrucción con haz cónico

El sistema de haz cónico se basa en un detector de rayos X 2D ( cámara ) y una fuente electrónica de rayos X, creando imágenes de proyección que luego se utilizarán para reconstruir las secciones transversales de la imagen.

Sistemas abiertos/cerrados

Sistema de rayos X abierto

En un sistema abierto, los rayos X pueden escaparse o filtrarse, por lo que el operador debe permanecer detrás de un escudo, tener ropa protectora especial o manejar el escáner a distancia o en una habitación diferente. Ejemplos típicos de estos escáneres son las versiones para humanos o los diseñados para objetos grandes.

Sistema de rayos X cerrado

En un sistema cerrado, se coloca un blindaje contra rayos X alrededor del escáner para que el operador pueda colocarlo sobre un escritorio o una mesa especial. Aunque el escáner está blindado, se debe tener cuidado y el operador generalmente lleva un dosímetro, ya que los rayos X tienden a ser absorbidos por el metal y luego reemitidos como una antena. Aunque un escáner típico producirá un volumen relativamente inocuo de rayos X, las exploraciones repetidas en un corto período de tiempo podrían representar un peligro. Por lo general, se emplean detectores digitales con pasos de píxeles pequeños y tubos de rayos X de microfoco para obtener imágenes de alta resolución. [6]

Los sistemas cerrados tienden a ser muy pesados ​​porque se utiliza plomo para proteger los rayos X. Por lo tanto, los escáneres más pequeños solo tienen un espacio pequeño para las muestras.

Reconstrucción de imágenes en 3D

El principio

Debido a que los escáneres de microtomografía ofrecen una resolución isotrópica o casi isotrópica, la visualización de imágenes no necesita limitarse a las imágenes axiales convencionales. En cambio, es posible que un programa de software construya un volumen "apilando" los cortes individuales uno sobre otro. El programa puede entonces mostrar el volumen de una manera alternativa. [7]

Software de reconstrucción de imágenes

Para la microtomografía de rayos X, se encuentra disponible un potente software de código abierto, como la caja de herramientas ASTRA. [8] [9] La caja de herramientas ASTRA es una caja de herramientas MATLAB y Python de primitivas de GPU de alto rendimiento para tomografía 2D y 3D, desarrollada de 2009 a 2014 por iMinds-Vision Lab, Universidad de Amberes y desde 2014 desarrollada conjuntamente por iMinds-VisionLab, UAntwerpen y CWI, Ámsterdam. La caja de herramientas admite haces paralelos, en abanico y cónicos, con un posicionamiento de fuente/detector altamente flexible. Hay disponible una gran cantidad de algoritmos de reconstrucción, incluidos FBP, ART, SIRT, SART, CGLS. [10]

Para la visualización 3D, tomviz es una herramienta popular de código abierto para tomografía. [ cita requerida ]

Representación de volumen

La representación volumétrica es una técnica que se utiliza para mostrar una proyección 2D de un conjunto de datos muestreados discretamente en 3D, tal como se produce mediante un escáner de microtomografía. Por lo general, estos datos se adquieren en un patrón regular, por ejemplo, un corte cada milímetro, y suelen tener una cantidad regular de píxeles de imagen en un patrón regular. Este es un ejemplo de una cuadrícula volumétrica regular, en la que cada elemento de volumen o vóxel está representado por un único valor que se obtiene al muestrear el área inmediata que rodea al vóxel.

Segmentación de imágenes

Cuando diferentes estructuras tienen una densidad umbral similar, puede resultar imposible separarlas simplemente ajustando los parámetros de representación del volumen. La solución se denomina segmentación , un procedimiento manual o automático que puede eliminar las estructuras no deseadas de la imagen. [11] [12]

Uso típico

Arqueología

Biomédica

Biología del desarrollo

Electrónica

Microdispositivos

Materiales compuestosy espumas metálicas

Polímeros, plásticos

Diamantes

Alimentoy semillas

Maderay papel

Materiales de construcción

Geología

En geología se utiliza para analizar microporos en las rocas del yacimiento, [32] [33] se puede utilizar en el análisis de microfacies para la estratigrafía secuencial. En la exploración petrolera se utiliza para modelar el flujo de petróleo bajo microporos y nanopartículas.

Puede dar una resolución de hasta 1 nm.

Fósiles

Microfósiles

Microtomografía de rayos X de un radiolario , Triplococcus acanthicus
Se trata de un microfósil del Ordovícico medio con cuatro esferas anidadas. La esfera más interna está resaltada en rojo. Cada segmento se muestra a la misma escala. [37]

Paleografía

Espacio

Imágenes estereoscópicas

Otros

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

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