动态-CT的优点比传统的Micro-CT

在这次采访中，Azom与Tescan Micro-CT业务部产品营销总监Arno Merkle进行了交谈。

Micro-CT是材料成像中最令人兴奋的领域之一。亚博网站下载您能解释一下它的工作原理以及为什么这是什么？

Micro-CT利用X射线拍摄2D图像（X光片）作为样品旋转360度。然后通过计算或“重建”步骤拍摄这些投影图像，以形成样本的数字3D表示。相同的原理用于医疗猫扫描，但Micro-CT提供了更高的分辨率。该技术对材料研究变得如此有趣的部分原因是其无损性质 - 使人们能够在3个维度中可视化和执行样品内部的分析，而无需修改或剪切。亚博网站下载除了对静态状态下样品内部结构的独特新见解外，该技术还为执行时间依赖性（或“ 4D”）成像打开了大门，研究人员可以在这些成像中可以理解样本随着时间的变化而发生的变化。

Tescan Micro-CT专门从事动态或4D Micro-CT。什么是动态-CT，比常规微型CT的优点是什么？

将“静态” 3D微CT成像扩展到时间分辨的域，可以以几个术语为特征，例如，延时或“ 4D”成像。这些技术试图成像样品在一段时间内的变化，无论是秒，几分钟，小时甚至几天或几周，无论是中断还是连续过程。在Tescan，我们开发了利用硬件和软件开发的方法，以更轻松地促进此类时间依赖性研究，从而扩大了可以在实验室中进行的可能实验的范围。

尤其是“动态” CT是指时间分辨X射线成像的最先进的子集，其中样品在变化时会连续成像。“动态”和“延时”之间的差异可以被认为是光滑的电影和停止运动动画之间的差异。执行连续采集（动态CT）的优点在于能够执行不间断的真实原位实验。经历变化的材料不能总是被预测，通过使用动态CT，我们现在可以更准确地了解这些过程。到目前为止，仅使用中断，延时方法进行基于实验室系统的大多数4D研究，而在同步器设施的CT梁线中，更快，不间断，动态CT方法的速度更快，不间断，动态CT方法。Tescan专注于向实验室提供动态CT功能。

对于那些对更深入潜水感兴趣的人，我们最近发表了纸上强调了我们动态CT的方法。在这里可用：Dewanckele，J。等。（2020），基于实验室的动态微型CT的创新以加速原位研究。显微镜杂志，277：197-209。doi：10.1111/jmi.12879。

您的系统的哪些功能使您可以执行这些动态/延时研究？

需要许多开发和功能与和谐相处，以促进动态CT工作流程，包括硬件，软件和应用程序工作流程。在硬件侧，高度优化的组件优先考虑吞吐量，包括高功率来源和有效的检测器。其他功能包括能够连续扫描而无需每360度停止的能力 - 这是通过集成专用旋转阶段连接或通过基于唯一的龙门式设计的Dynatom设计来实现的，在该设计中，旋转源和检测器将成像固定样品。这使研究人员可以在原位阶段进行设计，而无需缠结电缆，流体管线或传感器的复杂性，这通常是传统几何形状中的主要障碍。

Hardware elements are truly only part of the story of what enables dynamic CT. Our developments in software and application workflows are diverse and focus on optimizing scans for continuous acquisition, reconstruction and to make visualization easier and more straightforward to the user. In all of this, we maintain a high degree of flexibility for the most complex experiments as well. Finally, the skills of our application scientists who have years of experience pioneering many dynamic imaging applications, form a world-class training and consultation team for our customers, who are never alone in their efforts.

您的系统已针对动态性能进行了优化。这是否意味着您必须牺牲空间解决方案？

总是有关于速度，信号/噪声和分辨率的权衡。每个测量或成像系统都是如此。我们在这些因素之间建立了一个很好的平衡，同时着重于执行动态CT的能力。市场上有一些具有较高空间分辨率的系统，但它们满足了不同的需求，并且无法执行动态CT所需的高速，高保真度，收购。我们将这些方法视为彼此高度互补的，就像SEM，FIB-SEM和TEM都在电子显微镜领域相互补充。

在动态CT的材料科学中，有许多潜在的应用，您可以给我们一些例子吗？亚博网站下载亚博老虎机网登录

While the list of types of in situ experiments is truly endless, we have seen intriguing uses of dynamic CT for a number of use cases in Materials Science just in the past few years. For example, mechanical testing of structural materials (typically metals, 3D printed parts or composites) is a rather common area of investigation, imaging, and analyzing how failures under load can be related to cracks, voids, and other defects. Here, we typically would image a sample as it is being compressed, bent, or placed under tension and try to correlate the deformation events with force-displacement measurements. At the point of failure or deformation, we may then perform further investigations using volume-of-interest scanning in the micro-CT or a complementary technique, such as SEM or plasma FIB-SEM to investigate finer microstructural details.

Other applications include studying the deformation of highly porous and lightweight structures, such as metal or polymer foams or even applications in food science, such as bread baking or beer foam collapse. Recently, we have been studying particle suspensions in liquid and exploring related flow behavior. Other applications include hydration, filtration, or absorption processes in various materials including consumer products. Corrosion and charge cycling of batteries represent two other very common applications, albeit on slightly longer time scales.

最重要的是，我们有能力使我们的方法适应感兴趣的时间尺度，从最快的动态CT采集的最大层析成像分辨率到<10秒至数周或几个月，如果在中断的延时过程中研究缓慢移动的过程时尚以及两者之间的一切。

地球科学是从亚博老虎机网登录技术中受益的另一项学科。您能给我们一些他们感兴趣的申请示例吗？

Whether in sub-fields such as environmental geology, engineering geology, natural resources, petroleum engineering, or geodynamics, we have encountered many attractive applications that make use of dynamic CT. Examples include fracture dynamics of rock under compressive load, two- and three-phase flow in porous rock, compaction in sediments, and mineralization/dissolution processes. Most exciting is the ability to visualize and analyze the change in non-stable multi-phase flow. Without access to dynamic CT, researchers are limited to imaging liquids in an equilibrium state. In other words, they won’t actually see what is happening as different liquids initially interact with each other, only the aftermath of that interaction.

在被Tescan收购之前，XRE NV积累了多年的Micro-CT成像专业知识，构建定制系统。这为您提供了对这些系统架构的绝佳见解。您能否与我们分享一些关键设计原则，使您能够构建适合这些类型的实验的工具？

我们开发的最知名的独特系统是Dynatom，其旋转基于龙门的设计。这是从头开始设计的，以避免样品旋转，优化采集时间（降至<10秒）并保持足够的空间分辨率，以满足原位实验的需求。除了Dynatom的独特设计之外，我们所有的系统都以坚固性和灵活性为心，包括舞台准确性和高度的自由度，这使无数的收购几何形状可实现。我们还以一种方式构建了我们的系统，以期预测需要与第三方设备进行通信和适应，无论是以原位设备的形式还是将来的检测器。对于Power用户，通过我们的收购软件获得控制系统及其外围项目的访问，提供了几乎无限的机会。我们通过使我们的系统为偶尔的非专家用户提供用户友好来平衡这一点。

从操作和分析的角度来看，用户界面和软件在将大规模数据集汇集在一起​​中起着至关重要的作用。您的软件允许什么范围的功能？它的灵活性有多？

我们的软件平台范围提供了对Micro-CT系统的完整控制，以对3D和4D数据集进行采集，重建和基本可视化。我们强烈认为3D和4D工作流都在共同的环境中供应，并且在获取，重建和可视化之间的联系可以更好地体验用户体验。例如，我们能够进行快速的调查采集，重建并快速可视化，然后（视觉上）识别感兴趣的子弹以进行更高分辨率或细节的后续扫描。一旦标记了这些区域，SW就可以将坐标发送回我们的采集界面，并以高度集成的方式在所需地区无缝进行收购。我们将此方法称为“ VOIS”进行扫描量，并相信我们已经以最直观的方式构建了此方法，而其他商业解决方案则无与伦比。我们还拥有可轻松设置复杂动态采集，处理动态CT数据集以及以直接方式可视化它们的工具。

The only other way to carry out the types of dynamic CT experiments that your systems allow is at a synchrotron. Given access to such facilities can be difficult, do you see your systems as an effective screening tool for beamline experiments?

Synchrotron beamlines offer a fantastic breadth of capabilities and extend well beyond what laboratory systems can accomplish in many areas. However, access to these facilities is limited. Often researchers can only access this technology 1 or 2 times a year. We strongly believe that by utilizing a similar experimental approach with dynamic CT in the laboratory, researchers can optimize an experimental workflow prior to their highly valuable beamtime. We expect this symbiotic relationship between laboratory systems and synchrotrons to only grow in the future.

您还进行了一些更“一般的兴趣”研究，可以有效地展示动态CT的适用性。您能告诉我们其中一些吗？

Certain ‘general interest’ studies have gotten some attention due to the relatability of their subjects. In fact, each of these fields has strong scientific foundations and communities behind them.

例如，在植物科学中，我们研究了Cress种子亚博老虎机网登录的早期发芽过程，如下视频链接所示。在土壤中激进的出现以及叶子的发芽，仅刮擦了我们希望在植物科学中探索的表面：亚博老虎机网登录

在炎热的夏日，几乎每个人都喜欢一个美味的冰淇淋蛋筒。本着这种精神，我们在Dynatom中成像了一个熔化的冰淇淋蛋筒，可以很容易地见证变化。这仅代表了我们在食品科学中探索的众多示例之一，在食品科学中，质地和结构的变化对产品质量和消费者的口味体验有直接影响。亚博老虎机网登录

最后，下面的电影突出了一种维生素药丸溶解在水中，许多人可以与之相关。这代表了可以在制药行业中使用动态CT进行的整个药物相关研究领域的代表。研究药丸与液体环境之间的相互作用是控制其功效并优化其性能的关键步骤。

人们在哪里可以找到有关您独特的动态CT系统的更多信息？

来拜访我们网站或访问我们的YouTube频道，您可以在其中探索最新的动态CT并了解有关我们的Micro-CT产品的更多信息。您也可以与当地的Tescan代表联系以了解更多信息。

About Arno Merkle

Arno Merkle指导Tescan Micro-CT产品系列的全球业务发展活动。他于2018年初通过收购总部位于比利时的Micro-CT技术公司XRE加入Tescan。在Tescan之前，Arno在电子和X射线显微镜行业工作了10年以上，主要在细分市场和产品营销领导角色中服务。他获得了博士学位来自西北大学（美国伊利诺伊州埃文斯顿）的材料科学与工程学及其本科学士学位。亚博网站下载亚博老虎机网登录Gustavus Adolphus学院（美国明尼苏达州圣彼得）的物理学博士学位。