Mikrotomografia. Beata Adamczyk Aleksandra Popiel Metody fizyczne w biologii i medycynie. Kraków, r.

Transkrypt

1 Mikrotomografia Beata Adamczyk Aleksandra Popiel Metody fizyczne w biologii i medycynie Kraków, r.

2 Krótki zarys historyczny 1968 konstrukcja pierwszego tomografu Rysunek: sir Godfrey Newbold Hounsfield ( ) wraz ze swoim tomografem

3 Krótki zarys historyczny 1971 zainstalowanie pierwszego tomografu w Morley Hospital w londyńskim Wimbledonie Rysunek: a) sir Hounsfield z pielęgniarką w Morley Hospital b) dr Jamie Ambrose inwestor pierwszego CT

4 Krótki zarys historyczny 1979 Nagroda Nobla za wynalezienie i budowę tomografu komputerowego dla Hounsfield i Cormack Rysunek: A. Cormack i G. Hounsfield (po lewej), G. Hounsfield odbiera Nagrodę Nobla (po prawej)

5 Podstawy fizyczne lampa rentgenowska Parametry pracy lampy w CT: prąd lampy rzędu μa, moc lampy, natężenie promieniowania, moc wiązki Rysunek: schemat lampy rentgenowskiej źródło: epodreczniki.open.agh.edu.pl/tikiindex.php?page=promienie+x,

6 Zasada działania Rysunek: schemat medycznego CT (po lewej) oraz laboratoryjnego (po prawej) źródło: xrayphysics.com/dual_energy.html,

7 Różnice między CT a uct w tomografii mamy rozdzielczość ok. 0,5 mm a w mikro aż rzędu µm, inna geometria pomiarowa rotująca próbka, w której pozycja działa i detektora jest stała, a w czasie pomiaru próbka wykonuje obrót o odpowiedni kąt Rysunek: mikrotomograf SkyScan (po prawej), mikrotomograf Nanotom (po lewej) Źródło: ita-polska.com.pl/

8 Zasada działania rekonstrukcja obrazu Rysunek: przejście wiązki promieniowania rentgenowskiego: rzeczywiste (po lewej), interpretacja według zmian współczynników masowych/liniowych (po prawej) Zródło: xrayphysics.com/dual_energy.html,

9 Geometria pomiaru Rysunek: geometria pomiaru, gdzie: F rozmiar ogniska (ang. focal spot), FOD odległość między F a obiektem, FDD odległość między F a detektorem, P rozmiar piksela źródło: xrayphysics.com/dual_energy.html

10 Etapy pomiaru 1. Kalibracja offsetu Rysunek: obraz tzw. czarnej klatki, czyli zdjęcie tomograficzne przy wyłączonej lampie Źródło: Jacek Tarasiuk, wykłady: Mikrotomografia, AGH, ver.2014

11 Etapy pomiaru 2. Adjustowanie włókna Rysunek: uszkodzona katoda a) przybliżenie 500 μm, b) 300 μm zdjęcie wykonane pod mikroskopem SEM

12 Etapy pomiaru 3. Centrowanie układu magnetycznego Rysunek: układ geometrii pomiarowej

13 Etapy pomiaru 4. Kalibracja wzmocnienia Rysunek: różnice w pikselach o innym wzmoceniu (na górze), artefakt spowodowany występowaniem pikseli o różnych wzmocnieniach tzw. okręgi, czyli ring artifacts (po prawej) Źródło: Jacek Tarasiuk, wykłady: Mikrotomografia, AGH, ver.2014

14 Przygotowanie próbki Wymagania: - niewielkie rozmiary próbek rzędu kliku cm, - próbki biologiczne muszą być zabezpieczone przed wysychaniem, - istotne jest stabilne mocowanie próbki, - wykonywanie kalibracji osi obrotu układu mechanicznego. Rysunek: przykład umiejscowienia próbki kanał zębowy

15 Wady oraz zalety Zalety: Wady: - badanie niedestrukcyjne, - możliwość pomiaru struktur z dużą rozdzielczością, - alternatywa dla analizy morfometrycznej (np. kości beleczkowych, kosteczek słuchowych), - dostępność. - liczne artefakty, - w przypadku próbek biologicznych bardzo ważna jest ich preparatyka, - istotne jest odpowiednie mocowanie i zabezpieczenie próbki w czasie pomiarów, - - ograniczenia aparaturowe.

16 Zastosowania 1. Medycyna 2. Stomatologia 3. Weterynaria 4. Analiza przemysłowa główny odbiorca: przemysł elektroniczny 5. Badania materiałowe 6. Mechanika, inżyniera materiałowa 7. Geologia 8. Archeologia, antropologia 9. Przemysł spożywczy

17 Zastosowania Rysunek: wykrywanie kalcyfikacji w tkankach miękkich Źródło: fais.uj.edu.pl/documents/41628/09985d8b-a2b2-4b9f-b024-db1422f64fa2

18 Zastosowania Rysunek: wizualizacja skanu uct układu BGA zamontowanego na płytce PCB widoczne kulki i przelotki Rysunek: układ BGA widoczne defekty wewnątrz kulek, niemożliwe do diagnozy innymi metodami

19 Zastosowania Rysunek: obraz bryły piaskowca czerwonego spągowca pomniejszony o przestrzeń porową próbki

20 Zastosowania - porównanie obrazowania mikro-ct i histologii do wykrywania próchnicy Czemu mikro-ct zamiast/lub badania histologicznego? mniejsza inwazyjność, badanie histologiczne powoduje odpryski i złamania zęba, uniezależnienie od klasyfikacji przebarwień spowodowanych np. kawą jako próchnicy, szybsze przygotowanie próbki. Rysunek: próbka badanego zęba (przykładowego). Źródło: C. Boca (et al.): Comparison of micro-ct imaging and histology for approximal caries detection, Nature, 2017

21 Zastosowania - porównanie obrazowania mikro-ct i histologii do wykrywania próchnicy Rysunek: obrazy histologiczne (powyżej) i z mikro-ct (poniżej) z zaznaczonymi obszarami badawczymi: a) zdrowy ząb, b) próchnica szkliwa, c) próchnica zębiny. Źródło: C. Boca (et al.): Comparison of micro-ct imaging and histology for approximal caries detection, Nature, 2017

22 Zastosowania - porównanie obrazowania mikro-ct i histologii do wykrywania próchnicy Skąd niezgodności uzyskanych wyników? artefakty z mikro-ct, przebarwienia pochodzące np. od kawy, papierosów, różne możliwości obserwatorów, zastosowana energia promieniowania. Rysunek: niezgodności d) wyższy wynik w histologii niż w mikro-ct i e) wyższy wynik w mikro-ct w porównaniu z histologią. Źródło: C. Boca (et al.): Comparison of micro-ct imaging and histology for approximal caries detection, Nature, 2017

23 Zastosowania - porównanie obrazowania mikro-ct i histologii do wykrywania próchnicy Wnioski: bardzo wysoka korelacja między mikro-ct a histologią: 0,80 (p <0,0001), mikro-ct osiągnęło wyższy stopień zgodności między pacjentami niż histologia, mikro-ct podlega ograniczeniom w postaci artefaktów, mikro-ct może być stosowane w miejsce lub jako równoważna technika wykrywania próchnicy. Źródło: C. Boca (et al.): Comparison of micro-ct imaging and histology for approximal caries detection, Nature, 2017

24 Źródło: i.pinimg.com/originals/04/de/fb/04defb0b2f d8d9e1c jpg

25 Bibliografia Jacek Tarasiuk, wykłady: Mikrotomografia, AGH, ver DVPv1TDE xrayphysics.com/dual_energy.htm journals.plos.org/plosone/article/figure?id= /journal.pone g001 Computed_Tomography_for_Electronics_Manufacture_Quality_Control.htm