Laboratoř rentgenové počítačové mikro a nano tomografie. Brno, únor 2017

Transkript

1 Laboratoř rentgenové počítačové mikro a nano tomografie Brno, únor 2017

2 CEITEC CEITEC is a scientific centre in the fields of life sciences, advanced materials and technologies whose aim is to establish itself as a recognized centre for basic as well as applied research. 2

3 3 Partnerské instituce

4 CEITEC VUT Purkyňova 656/ Brno GPS: N, E 4

5 CT LAB Středoevropský technologický institut - Vysoké účení technické v Brně (CEITEC VUT). Výzkumný program Pokročilé nanotechnologie a mikrotechnologie Výzkumná skupina Charakterizace materiálů a pokročilé povlaky Vedoucí výzkumné skupiny: Prof. Jozef Kaiser, Ph.D. LIBS Rentgenová počítačová mikro a nano tomografie Pokročilé povlaky Nano a mikro tribologie Optoelektronická charakterizace nanostruktur Vedoucí laboratoře: Ing. Tomáš Zikmund, Ph.D. 09/2012 µct laboratoř na CEITECu v plném provozu 2014 pořízení nanoct systému Nano3DX od Rigaku aplikační laboratoř Rigaku 5

6 6 Skupina Rentgenové počítačové mikro a nano tomografie současné úlohy Vědecké a průmyslové projekty Vývoj a aplikace technik počítačové tomografie (CT) pro vizualizaci kompletních 3D struktur různých vzorků s vysokým prostorovým rozlišením. Hlavní partneři: Rigaku, výzkumné centrum AdMaS, Slovenská akademie vied Bánská Bystrica Bánská Bystrica, ČMI Department of Chemistry, MU, Brno, Czech Rep. (Dr. K. Novotný), Synchrotron Elettra, Trieste, Italy (Dr. G. Tromba), Oak Ridge National Lab., Oak Ridge, TN, USA (Dr. M. Martin), Memorandum of understanding (VUT Elettra, strategické partnerství mezi CEITEC and Elettra). Karolinská Institutet (Stockholm) Pasterus Institute (Paříž) University of Trieste (Itálie) Akademie věd ČR - Astronomického ústavu, ústav živočišné fyziologie a genetiky Karlova univerzita výzkumné centrum SIX

7 Náš tým 7 7

8 8 Naše CT vybavení 7-osový žulový manipulační systém Přímý digitální detektor GE DXR 250 (unikátní kontrastní rozlišení a dynamický rozsah 1:10000) 240kV/320W mikrofokusní rentgenka (přímá) 180kV/15W nanofokusní rentgenka (transmisní) Maximální velikost vzorku: Ø 500 x 800 mm Maximální hmotnost vzorku: 50 kg Maximální voxelové rozlišení 5 µm s 240kV rentgenkou 1 µm s 180 kv rentgenkou GE phoenix v tome x L 240 Rozlišení typicky 1/1000 průměru vzorku

9 Naše CT vybavení GE phoenix v tome x L 240 Detektor Držák vzorku s rentgenkou 9

10 Naše CT vybavení 300kV mikrofokusační rentgenka Detekční schopnost <1 µm Technologie korekce rozptylu GE phoenix v tome x m 10

11 Naše CT vybavení Anodové napětí: kv Anodový proud: až 30 ma Terč: Cr, Cu nebo Mo Detektor: CCD kamera Velikost pixelu: 0.27 μm nebo 2.2 μm FOV: mm nebo mm Dynamický rozsah: 16 bit Rigaku nano3dx 11

12 Naše CT vybavení Rigaku nano3dx Uspořádání komory Detail vzorek s detektorem 12

13 13 Princip počítačové tomografie

14 Princip generování tomografických dat Rentgenové snímky Tomografická rekonstrukce Série řezů 3D model 14

15 15 Naše projekty

16 Zkoumání spojení mezi zuby a kostí u plazů Rozměry: Ø20 mm m Voxelové rozlišení: 2-10 µm Studie zakládání růstu a diferenciace zubů Porozumění zubní ankylóze 3D model 16

17 Zkoumání spojení mezi zuby a kostí u plazů Detail - Cluster of fibers Histologický řez µct řez Mapa Mg-distribuce 17

18 Degu (Octodon degus) Řez hlavou 3D obraz s vysegmentovanou zubní tkání 3D model hlavy 18

19 Lidské řezáky Rozměry: 8 x 8 x 20 mm Voxelové rozlišení: 5 µm Transverzální a longitudiáltní řezy 3D vizualizace 19

20 Analýza trabekulární kosti a kortikálních kanálků Rozměry: 5 x 5 x 15 mm Voxelové rozlišení: 8 µm Analyzovaný objem distální stehenní kosti krysy 20 Barevně odlišené (na základě objemu) propojené kanálky v části distální stehenní kosti krysy

21 Analýza počtu kostních fragmentů v masových výrobcích Rozměry: Ø50 x 100 mm Voxelové rozlišení: 40 µm 3D vizualizace (1% kostních fragmentů v celém skenovaném objemu) Tomografický řez 21

22 14ti denní myšší embryo Rozměry: Ø10 x 10 mm Voxelové rozlišení: 5 µm - Barvení fosfowolframovou kyselinoi(pta) - Agarosový gel pro mechanickou stabilitu v průběhu měření 22 3D vizualizace segmentaovaných jater, plic, ledvin a srdce Série tomografických řezů celým skenovaným objemem

23 Srovnání kuřecího a lidského embrya 3D obraz kuřecího embrya (14 µm velikost voxelu) 3D obraz lidského embrya (18 µm velikost voxelu) 23

24 Vizualizace mouchy zalité v jantaru dimensions: 10 x10 x20 mm voxel resolution: 15 µm Snímek ze světelného mikroskopu 3D vizualizace tomografických dat 24

25 Analýza porozity a inkluzí Automatická detekce defektů a statistické shodnocení 25

26 Analýza tloušťky stěn Řez s barevným kódováním tloušťky stěn 3D vizalizace modelu auta Tloušťka stěn kovové karoserie 26

27 Objemové rozložení kovů v minerálech a rudách Rozměry: 25x 25x 20 mm Voxelové rozlišení: 20 µm 3D vizualizace 27 Tomografický řez 27/2

28 PES (polyesterová) vlákna analýza směrovosti Lineární velikost voxelu: 0.53 µm Tomografický řez 3D vizualizace 28 28/26

29 Výzkum intarzie Cheb reliéfu Rozměry: 465 x 465 x 45 mm Voxelové rozlišení: 200 µm 3D vizualizace Série tomografických řezů celým objemem objektu 29 29/2

30 Vývoj softwaru a korekčních algoritmů Redukce ring artefaktů Fázový kontrast Rekonstrukční algoritkmy Redukce šumu Fázový kontrast 30 Redukce ring artefaktů

31 Možnosti spolupráce Bakalářské a diplomové práce Témata: Experimentální Stanovení nejistot měření Vývoj speciálního měřícho vybavení Software a analýza dat Segmentace a klasifikace specifických struktur na základě MikroCT a NanoCT obrazových dat Chrupavky, embrya, buňky, žlučovody a jaterní artérie, bazální ganglia myšších mozků Zlepšení kvality a výtěžnosti tomografických dat Tomografická rekonstrukce, redukce artefaktů redukce šumu I want you for 31

32 Kontakt Vedoucí laboratoře: Ing. Tomáš Zikmund, Ph.D Experimentální témata: Ing. Dominika Kalasová Software a analýza dat: Ing. Adam Břínek adam.brinek@ceitec.vutbr.cz Bc. Jakub Šalplachta xsalpl02@stud.feec.vutbr.cz 32

33 Děkujeme za Vaši pozornost Central European Institute of Technology Brno University of Technology Technická 3058/ Brno, Czech Republic