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Micro-CT技术的进步

Micro-CT技术
发布:2020-08-28 10:37:11    

对于大多数人来说,计算机断层扫描(CT)是诊断X射线测试的常用医学术语。但是,CT扫描的使用已经远远超出了医学领域。CT X射线扫描,还可以可视化许多固体材料中结构的内部特征,包括其形状,大小和纹理。

通常会拍摄一张X射线照片,以观察物体,最终得到的图像是材料密度的平均值-将3D物体展平为2D。但是,CT扫描涉及围绕对象旋转拍摄的一系列X射线照片,然后可以将其用于生成3D图像。

传统的CT通常会扫描较大的区域,因此由于X射线检测器上像素数量的限制,分辨率限制在1毫米左右。但是,通过扫描较小的区域,微型CT扫描仪可以提供更高的分辨率-大约高出1000倍(1微米)。通常需要这种细节水平来对小型复杂结构进行成像,从而使研究人员能够在各个领域做出重要发现。

鉴于微型CT的重要且多样化的应用,研究人员大力推动开发改进的设备以对样品成像。Proto最近与滑铁卢大学的附属公司KA Imaging合作开发了inCiTe微型CT扫描仪,该扫描仪可以连续拍摄图像,而X射线会撞击到旋转的样品上。

该系统是第一台具有KA Imaging独特的高空间分辨率非晶硒(a-Se)检测器的商用CT扫描仪。紧凑的台式设计使其无需大量空间即可执行微型CT扫描。此外,a-Se检测器的像素尺寸为8微米,比典型的基于Si的平板要小得多。该检测器允许将X射线光子直接转换为电荷。这种直接转换与高检测量子效率(DQE)相结合,可在低通量和高能量下实现高效成像,从而使inCiTe成为一台用途非常广泛的机器。

由于检测器的像素尺寸较小,因此该系统具有相衬成像的附加优势,可用于研究常规X射线成像无法观察到的材料。例如,柔软的生物组织和聚合物通常吸收较差;但是,当X射线穿过这些材料时,它也会被折射。

当X射线波与物质相互作用并减慢速度时,就会发生折射。由于波的频率始终保持不变,因此波长必须减小,因此相对于原始波进入介质之前的原始波会发生相移(波峰位置的偏移)。离开物体后,折射的(相移的)X射线可能开始相互干扰,并且当给出足够长的传播距离时,可以在X射线检测器上观察到干扰效应。

当折射率突然变化时(例如在材料的边界和边缘发现),相衬成像的效果最为明显。相移效应通常比吸收效应强100到1000倍,从而提高了通常具有弱X射线吸收的样品的可见性。但是,干扰效应发生在非常小的距离上,因此需要高分辨率的检测器才能观察到这种边缘增强。

使用inCiTe系统,可以以高对比度可视化组织,例如在下面显示的鼠标膝盖中(图1),从而可以详细检查软骨。下图(图2)所示的复合材料是一块Kevlar。借助相衬成像,可以在材料中看到尺寸为10-20μm的单个纤维。下面的第三张CT图像(图3)是一个LED。借助相衬功能,可以识别其衬底层,并且借助系统的高分辨率检测器,可以清晰地看到引线键合的形状。


图1.鼠标膝盖软骨的高对比度图像


图2.芳纶纤维


图3. LED的基板层

该系统是理想的,用于分析精细结构中的材料,如聚合物复合材料和生物材料,但可以在各种领域和应用中,包括非破坏性测试(NDT),电子,添加制造,地质和农业中使用。

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