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(MicroCT原理及应用

Micro-CT原理及应用 2010-3-5??来源: 北京力途科技有限公司 进入该公司展台 Micro-CT原理及应用 1895年,Wilhelm C. Roentgen 发现了 X 射线,并为夫人拍下了世界上第一张 X 片 —— 戴戒指的手掌照片。1967年,Godfrey N. Hounsfield 发明了第一台 CT 设备,能够从多个角度摄片,采集被摄物体的三维信息,在不破坏物体的情况下观察其内部结构。1970年代,医院开始使用CT诊断疾病。数十年来,这一伟大技术已经广泛应用于各种领域,例如医学(组织器官、生理代谢过程成像)、药学(药效检测、新药开发)、材料学(新材料的开发)、工业(各种器件的质检和探伤)、农业(木材和种子的质检和分析)、工程(建筑材料内部孔隙度、连通度和渗透性分析)、珠宝(真伪识别和最佳切割方案设计)、考古(化石的结构和成分分析)等领域。(更多CT应用……) 最为人们所熟知的 CT 是应用于临床检查的医学 CT,第一幅 CT 图片显示的就是头颅影像。经过40多年的发展,Hounsfield 发明的速度极慢的平移式笔形束CT已经发展成为种类繁多的CT家族,例如螺旋 CT、64 排容积 CT、定量 CT。(更多CT技术背景……) ? CT设备的基本分类   类型 FOV 分辨率 描述 CT 10-60cm 500-1500μm 临床CT,以人体扫描为主,安装定量分析软件即成为QCT(定量CT)。螺旋CT发明以来,扫描速度不断加快,几分钟就可以完成全身扫描。但是受到FOV尺寸和辐射剂量 的影响,难以提高分辨率。 pQCT 5-15cm 50-500μm 四肢定量CT(peripheral Quantitative CT),扫描人体的 四肢,兼可用作临床诊断和科学研究。pQCT能够分别分析骨小梁和骨皮质, 并可以进行生物力学分析,准确预测骨折风险,而且不受体位、体型和骨质增生的影响,对骨质疏松的风险评估比DEXA有明显优势。 microCT 1-8cm 5-80μm 显微CT,采用微焦点X线球管,分辨率高,但是成像范围小,用于科学研究。包括 in vitro(离体)和 in vivo(活体)两类,前者用于骨骼等标本,后者用于活体小动物扫描。 CTM 0.01-0.5cm 0.1-10μm CT显微镜(X-Ray Computerized Tomography Microscopy),采用同步加速器产生的平行X线成像。分辨率最高,达到亚微米级,但是FOV极小。单能谱X线,成像质量高。 ? 1980年代,由于普通CT无法满足科学研究对分辨率的苛刻要求,学术界开始研发显微CT,即MicroCT。MicroCT(也称为显微CT、微焦点CT或者微型CT)采用了与普通临床CT不同的微焦点X线球管,分辨率高达几个微米,仅次于同步加速X线成像设备的水平,具有良好的“显微”作用。而高分辨率付出的代价是扫描样品的体积很小,只有几个厘米,体现其“微型”的一面。 与临床CT普遍采用的扇形X线束(Fan Beam)不同的是,MicroCT通常采用锥形X线束(Cone Beam)。采用锥形束不仅能够获得真正各向同性的容积图像,提高空间分辨率,提高射线利用率,而且在采集相同3D图像时速度远远快于扇形束CT。 ? MicroCT成像原理 ? MicroCT能够提供的 2 类基本信息:几何信息和结构信息。前者包括样品的尺寸、体积和各点的空间坐标,后者包括样品的衰减值、密度和多孔性等材料学信息。除此之外,SCANCO 的有限元分析功能,还能够提供受检材料的弹性模量、泊松比等力学参数,分析样品的应力应变情况,进行非破坏性的力学测试。 ? MicroCT 的 2 种基本结构 ? 样品静止,X线球管和探测器运动:这种结构和临床螺旋CT一致, 球管绕样品旋转。扫描速度快,射线剂量小,空间分辨率较低,多用于活体动物扫描。 ? 样品运动,X线球管和探测器固定:样品在球管和探测器之间自旋,并可做上下和前后移动。扫描速度较慢,射线剂量大,空间分辨率高,多用于离体标本扫描。   MicroCT 的 2 类应用对象 ? 活体(in vivo):研究对象通常为小鼠、大鼠或兔等活体小动物,将其麻醉或固定后扫描。可以实现生理代谢功能的纵向研究,显著减少动物试验所需的动物数量。和医学临床CT类似,活体小动物 MicroCT 也能够进行呼吸门控和增强扫描(采用造影剂)。 ? 离体(in vitro):研究对象通常为离体标本(例如骨骼、牙齿)或各种材质的样品,分析内部结构和力学特性。也可以使用凝固型造影剂灌注活体动物,对心血管系统、泌尿系统或消化系统进行精细成像。 ? MicroCT 的主要应用领域 骨小梁 ? 骨骼。骨骼是 MicroCT 最主要的应

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