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Sopra: Immagine scannerizzata Micro-CT del piranha Catoprion mento. I segmenti tinti di blu all’interno dello scheletro sono squame di pesce mangiate dal piranha (mostrato anche ingrandito accanto al pesce). Credit: University of Washington.

• Cos’è la scansione micro-CT?
• Come funziona uno scanner micro-CT?
• Cosa significa test non distruttivo?
• Quali sono i vantaggi della scansione micro-CT?
• Qual è la differenza tra la scansione micro-CT in vivo ed ex vivo?
• Cos’è la nanotomografia o la scansione nano-CT?
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Cos’è la scansione micro-CT?

Micro-CT è una tecnica di imaging 3D che utilizza i raggi X per vedere all’interno di un oggetto, fetta per fetta. La micro-CT, chiamata anche microtomografia o microtomografia computerizzata, è simile alla TAC ospedaliera o all’imaging “CAT”, ma su piccola scala e con una risoluzione molto maggiore. I campioni possono essere ripresi con dimensioni dei pixel fino a 100 nanometri e gli oggetti possono essere scansionati fino a 200 millimetri di diametro.

Gli scanner micro-CT catturano una serie di immagini 2D planari a raggi X e ricostruiscono i dati in sezioni trasversali 2D. Queste fette possono essere ulteriormente elaborate in modelli 3D e persino stampate come oggetti fisici 3D per l’analisi. Con i sistemi a raggi X 2D si può vedere attraverso un oggetto, ma con la potenza dei sistemi micro CT 3D si può vedere dentro l’oggetto e rivelare le sue caratteristiche interne. Fornisce informazioni volumetriche sulla microstruttura, in modo non distruttivo.

Come funziona uno scanner micro-CT?

I raggi X sono generati in una sorgente di raggi X, trasmessi attraverso il campione e registrati dal rilevatore di raggi X come immagine di proiezione 2D. Il campione viene poi ruotato di una frazione di grado sul palcoscenico di rotazione, e viene presa un’altra immagine di proiezione a raggi X. Questo passaggio viene ripetuto per un giro di 180 gradi (o a volte di 360 gradi, a seconda del tipo di campione). La serie di immagini di proiezione a raggi X viene poi calcolata in immagini trasversali attraverso il processo di calcolo chiamato “ricostruzione”. Queste fette possono essere analizzate, ulteriormente elaborate in modelli 3D, trasformate in filmati, stampate in oggetti fisici 3D e altro ancora.

Leggi di più su come funziona uno scanner micro-CT.

Cosa significa test non distruttivo?

Test non distruttivo (NDT) significa che il campione o il campione che viene scansionato non viene alterato o distrutto durante il test o nella preparazione del test. Questo permette al campione di essere conservato per la registrazione storica, testato di nuovo in una data successiva, usato in un altro test, o messo in produzione finale. Alcune altre tecniche richiedono la colorazione, il taglio o il rivestimento dei campioni, che possono influenzare la struttura del campione, la sua utilità in corso o il suo utilizzo in studi successivi. Ci sono diverse tecniche che permettono ai campioni di essere fotografati nel loro stato nativo, tra cui la microscopia ottica, la scansione laser, la fotografia visibile e altri spettri, e altro ancora. La micro-CT è una di queste tecniche in cui la maggior parte dei campioni studiati viene scansionata in uno stato inalterato.

Quali sono i vantaggi della scansione micro-CT?

La micro-CT fornisce informazioni di imaging 3D ad alta risoluzione che non possono essere ottenute con nessun’altra tecnologia non distruttiva. Può essere usata per studiare la struttura interna di campioni sia materiali che biologici senza dover tagliare i campioni, conservando i campioni o gli esemplari per studi futuri. Le informazioni quantitative ottenute dalla scansione micro-CT possono essere ottenute solo da immagini 3D, e i modelli digitali 3D creati da fette virtuali micro-CT permettono agli scienziati di misurare qualsiasi parametro per il confronto in studi prima e dopo.

Queste caratteristiche uniche della scansione micro-CT permettono agli scienziati di guardare la morfologia di un campione e studiare caratteristiche come: porosità, struttura / spessore dell’osso, frazione di volume, analisi dei difetti, densità, dimensione delle particelle, vuoti, orientamento delle fibre, ecc I ricercatori usano la micro-CT per studiare ossa, denti, tessuti/organi, materiali compositi, dispositivi medici, batterie e altro ancora.

Leggi di più sui diversi tipi di scanner micro-CT.

Qual è la differenza tra la TAC medica e le scansioni micro-CT?

La scansione micro-CT è l’imaging a raggi X in 3D, utilizzando lo stesso metodo della TAC medica (o “CAT”), ma la micro-CT è su una scala molto più piccola con una risoluzione molto maggiore. La scansione CT medica è stata introdotta come strumento per l’imaging medico negli anni ’70; le scansioni CT (o tomografia computerizzata) sono limitate a una risoluzione di 1 millimetro, che fornisce dettagli sufficienti per l’uso clinico. Per la scienza dei materiali e l’imaging dei piccoli animali, era necessaria una risoluzione molto più alta, e la scansione micro-CT è stata introdotta negli anni 1980. Gli scanner micro-CT possono lavorare al livello di un micron, che è un millesimo di millimetro, e più piccolo.

Qual è la differenza tra la scansione micro-CT in vivo ed ex vivo?

In parole povere, in vivo (latino per dentro la vita) è la scansione di campioni vivi ed ex vivo (latino per fuori dalla vita) si riferisce tipicamente a cose che erano vive o a campioni rimossi da qualcosa che era stato vivo. Per la micro-CT, in vivo si riferisce tipicamente a sistemi che scansionano topi e ratti e in alcuni casi conigli, mentre i sistemi ex vivo gestiscono tipicamente il resto delle applicazioni.

Con gli strumenti micro-CT in vivo, poiché l’animale rimane vivo, possono essere eseguiti studi longitudinali per misurare gli effetti di farmaci, dieta, trattamenti ormonali e altri trattamenti sui tumori; crescita e qualità delle ossa; massa corporea; e altre applicazioni sullo stesso soggetto. Questo può ridurre il numero di animali necessari per uno studio.

Gli strumenti micro-CT ex vivo tipicamente gestiscono le restanti applicazioni, che includono studi di end point di regioni specifiche di un animale che vengono asportate (polmoni, ossa, tumori, impianti, innesti, ecc.), studi sui biomateriali, impianti in grandi animali, studi sui materiali, studi sulla compressione e altro. Gli strumenti micro-CT ex vivo permettono una risoluzione spaziale più alta, tempi di scansione più lunghi (dato che la dose al campione non è una preoccupazione), migliori rapporti segnale/rumore e quindi immagini migliori. I sistemi ex vivo sono stati tipicamente utilizzati per la maggior parte delle applicazioni al di fuori di un animale vivo.

Leggi di più sulle differenze tra la scansione micro-CT in vivo ed ex vivo.

Cos’è la nanotomografia o la scansione nano-CT?

La nanotomografia (nano-CT) è simile alla micro-CT e alla scansione CT medica ma a risoluzioni in nanometri invece che in micron o mm. La nano-CT utilizza una sorgente di raggi X a nano-fuoco per catturare immagini 2D durante una rotazione di 180 o 360 gradi di un campione. Un software avanzato viene poi utilizzato per trasformare queste immagini in sezioni trasversali 2D o fette attraverso il campione. Queste sezioni trasversali danno al ricercatore la possibilità di guardare all’interno del campione senza doverlo aprire. Più piccolo è il punto focale della sorgente, più alta è la risoluzione che può essere raggiunta nella scansione del campione. La nano-CT è fondamentale per osservare i dettagli fini che verrebbero distrutti quando il campione venisse aperto.

Leggi di più sulla nano-CT a raggi X multiscala non distruttiva, microtomografia ad alta risoluzione.