2015年3月22日 星期日

Micro-CT 微計算機斷層掃描技術簡介

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在醫學影像的meeting中常常聽到micro-CT、CBCT等名詞，資工出身的我實在不太熟悉，因此做個筆記，增廣見聞：）



Micro-CT簡介
Micro-CT（micro computed tomography，微計算機斷層掃描技術）是一種非破壞性的3D成像技術，可以在不破壞樣本的情況下清楚了解樣本的內部顯微結構。它與普通臨床的CT最大的差別在於分辨率極高，採用了與普通臨床CT不同的微焦點X線球管，可以達到微米（μm）級別，而高解析度付出的代價是掃描樣品的體積很小。可用於醫學、藥學、生物、考古、材料、電子、地質學等領域的研究。


Micro-CT原理
MicroCT通常采用錐形X線束（Cone Beam）。采用錐形束不僅能夠獲得真正各向同性的容積圖像，提高空間分辨率，提高射線利用率，而且在采集相同3D圖像時速度遠遠快於扇形束CT。MicroCT能夠提供

  1. 幾何訊息：樣品的尺寸、體積和各點的空間坐標
  2. 結構訊息。樣品的衰減值、密度和多孔性等材料學訊息，或彈性模量、泊松比等力學參數，分析樣品的應力應變情況，進行非破壞性的力學測試。




Micro-CT系統外觀與操作
共有三大硬體組件
  1. X射線真空管
  2. X射線之偵檢紀錄裝置
  3. 旋轉機構之機構裝置。
標的物置先置於台上靜止不動，利用旋轉機構帶動X射線真空管與偵檢器旋轉，以取得各角度之投影影像。最後以Feldkamp algorithm重建3D影像。



Micro-CT 應用領域
  1. 活體：研究對象通常為小鼠、大鼠或兔等活體小動物，將其麻醉或固定後掃描。可以實現生理代謝功能的縱向研究，顯著減少動物試驗所需的動物數量。
  2. 骨骼：是 MicroCT 最主要的應用領域之一，其中骨小梁又是主要研究對象。骨松質和骨皮質的變化與骨質疏松、骨折、骨關節炎、局部缺血和遺傳疾病等病症有關。目前，MicroCT 技術在很大程度上取代了破壞性的組織形態計量學方法。
  3. 牙齒及牙周組織：能夠從 3D 整體結構出發，對根管形態改變、齲齒破壞、牙組織密度變化、牙槽骨結構和力學特 性的變化等情況進行研究。
  4. 生物材料：分析體外制備仿生材料支架的孔隙率、強度等參數，優化支架設計等



[補充] CT 和 CBCT

電腦斷層攝影(computed tomography, CT)

CT是利用無數的Ｘ光射線穿透人體，取得影像後，再由電腦予以組成二度空間影像，以觀察身體的內部。CT是在1970年由英國工程師Hounsfield所發明，他因此獲得諾貝爾醫學獎。CT雖然可一層層剖開人體來觀察，但因為CT也是用X光做影像的，所以所有CT影像都是灰階的黑白影像。


錐狀射束電腦斷層掃描（cone-beam computed tomography, CBCT）

隨著CBCT的快速發展，它在牙科學的應用也包括了矯正病例診斷和治療計劃擬定。透過CBCT所獲得的顱顏結構三維影像，可免除平面影像放大率的問題。牙科影像從傳統底片進入數位化發展之後，輻射暴露劑量約可減少50-75％；然而CBCT和傳統CT拍攝原理不同，後者是採用點狀射源，進而得到錐狀射束穿透拍攝物後於底片上成像，CBCT則是採用狹縫技術（slottechnique），即是讓來自射源的X光經過線性狹縫而使射束成為扇形，再投射到感應器上成像，CBCT 三維影像可提供許多診斷資訊，不僅可得到三維立體影像，更可進一步將其壓縮而成原本常規使用的二維X光影像，如根尖片、環口X光片，甚至是測顱片，如此將可在單一次的CBCT照射後得到如前所述的各種資料，可降低病患輻射暴露劑量。


Reference
Micro-CT scanner and 3-D reconstruction of human cancellous bone
 
CT/CBCT 介紹

EVOLUTION OF PIRL MICRO-CT SCANNING

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