jiangcs 发表于 2011-9-19 12:54:05

医学及工程学研究的工具-MicroCT

MicroCT 也称为显微 CT、微焦点 CT 或者 μCT,是一类采用 X 线成像原理进行超高分辨率三维成像的设备。由于其分辨率极高,接近显微镜的水平,因此称为显微 CT 或 μCT;由于采用了高精度的微焦点 X 线球管,因此也称作微焦点 CT;由于设备自身体积较小,因此也有人称之为微型 CT。

MicroCT 能够在不破坏样品的情况下,对骨骼、牙齿、活体小动物和各种材料器件进行高分辨率(<10μm)X 线成像,获取样品内部详尽的三维结构信息,从而显示各部分的三维图像,分辨率远远高于临床CT。利用强大的图像处理软件,用户可以观察任意角度的断层图像/三维图像,定义任意数量和三维形状的 ROI(感兴趣区),分割或合并多个的三维图像,定量计算样品内部选定区域的体积、面积、孔隙率、连接密度、结构模型指数、各向异性程度等等。根据已知密度的标准品(体模),还可以得到样品的密度值(如BMD) ,分析物质的种类、组成、强度和完整性等参数。

在高分辨率三维图像的基础上,有的 MicroCT 还提供有限元分析接口、CAD/CAM 接口和 DICOM接口。
•有限元分析接口。将基于体素的高分辨率三维图像划分为由大量立方体单元(finite element)组成的网格,经过赋材质步骤后,进行有限元生物力学分析,可以进行以往只有在试验机上才可以实施的拉伸、压缩、剪切、弯曲和扭转等力学测试,得到应力、应变、模量和泊松比等大量力学分析结果。或者,提供例如 ABAQUS 等通用第三方有限元软件的接口,可以将 MicroCT 图像的网格文件导入至这些软件进一步处理。
•CAD/CAM 接口。由体素组成的三维CT 图像可以转换为由大量三角片组成的 STL 文件,被AutoCAD、SolidWorks 和 UG 等工程软件读取,对手工难以绘制的人体器官工程图像进行各种 CAD 处理,或者被快速成形设备读取,用于快速成形(RP),进行逆向工程研究。
•DICOM/PACS 接口。DICOM 是医学图像的通用文件格式,支持 DICOM 格式的 MicroCT 可以将图像导入 PACS 系统,纳入医院整体管理体系,或交由其他医学图像软件进一步处理。

此外,利用活体小动物 MicroCT,结合血管造影剂可以对 10-20μm 左右的末梢毛细血管进行成像,研究各种组织中的脉管系统,例如骨骼修复或肿瘤侵袭过程中血管的变化;利用呼吸门控系统,能够去除动物呼吸产生的运动伪影,使在活体动物模型中研究呼吸系统疾病成为可能。

除了生物学、医学、新药开发和材料学的应用之外,MicroCT 还广泛应用于工业(各种器件的质检和探伤、热能工程学研究)、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)、古生物学和考古学(种系鉴定、化石的结构和成分分析)等领域。
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