Representación 3D de una micro tomografía computarizada de un saltamontes .Representación 3D de una exploración μCT de un trozo de hoja, resolución de aproximadamente 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 pueden usarse para recrear un modelo virtual ( modelo 3D ) sin destruir el objeto original. Es similar a la tomografía y a la tomografía computarizada de rayos X. El prefijo micro- (símbolo: μ) se utiliza para indicar que los tamaños de píxeles de las secciones transversales están en el rango micrométrico . [2] Estos tamaños de píxeles también han dado lugar a la creación de sus sinónimos tomografía de rayos X de alta resolución , tomografía microcomputada ( micro-CT o μCT ) y términos similares. A veces se diferencian los términos tomografía computarizada de alta resolución (TCAR) 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.
Micro-CT tiene aplicaciones tanto en imágenes médicas como en 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 el escaneo mientras la muestra/animal gira. La segunda configuración, mucho más parecida a un escáner de tomografía computarizada clínica, se basa en un pórtico donde el animal/espécimen 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 los años 1980. Las primeras imágenes microtomográficas de rayos X publicadas fueron rebanadas reconstruidas de un pequeño caracol tropical, con un tamaño de píxel de unos 50 micrómetros. [5]
Principio de funcionamiento
sistema de imagen
Reconstrucción del haz de abanico
El sistema de haz de abanico se basa en un detector de rayos X unidimensional (1D) y una fuente de rayos X electrónica, que crea secciones transversales 2D del objeto. Normalmente se utiliza en sistemas de tomografía computarizada humana .
Reconstrucción de haz cónico
El sistema de haz cónico se basa en un detector de rayos X 2D ( cámara ) y una fuente de rayos X electrónica, creando imágenes de proyección que luego se utilizarán para reconstruir las secciones transversales de las imágenes.
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 u operar el escáner desde una distancia o en una habitación diferente. Ejemplos típicos de estos escáneres son las versiones humanas o diseñadas para objetos grandes.
Sistema de rayos X cerrado
En un sistema cerrado, se coloca una protección contra rayos X alrededor del escáner para que el operador pueda colocar el escáner sobre un escritorio o mesa especial. Aunque el escáner está blindado, se debe tener cuidado y el operador suele llevar 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 de rayos X relativamente inofensivo, los escaneos repetidos en un período corto de tiempo podrían representar un peligro. Generalmente se emplean detectores digitales con tamaños de píxeles pequeños y tubos de rayos X de microenfoque para obtener imágenes de alta resolución. [6]
Los sistemas cerrados tienden a volverse muy pesados porque se utiliza plomo para proteger los rayos X. Por lo tanto, los escáneres más pequeños sólo tienen un espacio pequeño para las muestras.
Reconstrucción de imágenes 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" las porciones individuales una encima de la otra. Luego, el programa puede 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] ASTRA Toolbox es una caja de herramientas de 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 visualización 3D, tomviz es una popular herramienta de tomografía de código abierto. [ cita necesaria ]
Representación de volumen
La representación de volumen es una técnica utilizada para mostrar una proyección 2D de un conjunto de datos muestreados discretamente en 3D, producido por un escáner de microtomografía. Normalmente, estos se adquieren en un patrón regular, por ejemplo, un corte cada milímetro, y normalmente tienen un número regular de píxeles de imagen en un patrón regular. Este es un ejemplo de una cuadrícula volumétrica regular, con cada elemento de volumen o vóxel representado por un valor único que se obtiene muestreando el área inmediata que rodea al vóxel.
Segmentación de imagen
Cuando diferentes estructuras tienen una densidad de umbral similar, puede resultar imposible separarlas simplemente ajustando los parámetros de representación del volumen. La solución se llama segmentación , un procedimiento manual o automático que puede eliminar las estructuras no deseadas de la imagen. [11] [12]
En geología se utiliza para analizar microporos en las rocas reservorio, [32] [33] se puede utilizar en análisis de microfacies para estratigrafía de secuencia. En la exploración de petróleo se utiliza para modelar el flujo de petróleo bajo microporos y nanopartículas.
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]
Foraminíferos bentónicos
Paleografía
Cartas de correspondencia desplegadas digitalmente que empleaban bloqueo de letras . [38] [39]
Espacio
Localización de partículas similares a polvo de estrellas en aerogel mediante técnicas de rayos X [40]
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enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la microtomografía de rayos X.
Tomografía MicroComputada: Metodología y Aplicaciones
Representación tridimensional de microtomografía de rayos X sincrotrón y no sincrotrón del crecimiento interno óseo en biomateriales de fosfato cálcico
Tomografía computarizada de rayos X con microenfoque en la investigación de materiales
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Uso de micro CT para estudiar cálculos renales
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Aplicación del ultramicroscopio de rayos X Gatan (XuM) a la investigación de materiales y muestras biológicas