984 resultados para X-ray imaging systems
Resumo:
Al fine di migliorare le tecniche di coltura cellulare in vitro, sistemi a bioreattore sono sempre maggiormente utilizzati, e.g. ingegnerizzazione del tessuto osseo. Spinner Flasks, bioreattori rotanti e sistemi a perfusione di flusso sono oggi utilizzati e ogni sistema ha vantaggi e svantaggi. Questo lavoro descrive lo sviluppo di un semplice bioreattore a perfusione ed i risultati della metodologia di valutazione impiegata, basata su analisi μCT a raggi-X e tecniche di modellizzazione 3D. Un semplice bioreattore con generatore di flusso ad elica è stato progettato e costruito con l'obiettivo di migliorare la differenziazione di cellule staminali mesenchimali, provenienti da embrioni umani (HES-MP); le cellule sono state seminate su scaffold porosi di titanio che garantiscono una migliore adesione della matrice mineralizzata. Attraverso un microcontrollore e un'interfaccia grafica, il bioreattore genera tre tipi di flusso: in avanti (senso orario), indietro (senso antiorario) e una modalità a impulsi (avanti e indietro). Un semplice modello è stato realizzato per stimare la pressione generata dal flusso negli scaffolds (3•10-2 Pa). Sono stati comparati tre scaffolds in coltura statica e tre all’interno del bioreattore. Questi sono stati incubati per 21 giorni, fissati in paraformaldehyde (4% w/v) e sono stati soggetti ad acquisizione attraverso μCT a raggi-X. Le immagini ottenute sono state poi elaborate mediante un software di imaging 3D; è stato effettuato un sezionamento “virtuale” degli scaffolds, al fine di ottenere la distribuzione del gradiente dei valori di grigio di campioni estratti dalla superficie e dall’interno di essi. Tale distribuzione serve per distinguere le varie componenti presenti nelle immagini; in questo caso gli scaffolds dall’ipotetica matrice cellulare. I risultati mostrano che sia sulla superficie che internamente agli scaffolds, mantenuti nel bioreattore, è presente una maggiore densità dei gradienti dei valori di grigio ciò suggerisce un migliore deposito della matrice mineralizzata. Gli insegnamenti provenienti dalla realizzazione di questo bioreattore saranno utilizzati per progettare una nuova versione che renderà possibile l’analisi di più di 20 scaffolds contemporaneamente, permettendo un’ulteriore analisi della qualità della differenziazione usando metodologie molecolari ed istochimiche.
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Il presente lavoro di tesi, svolto presso i laboratori dell'X-ray Imaging Group del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Bologna e all'interno del progetto della V Commissione Scientifica Nazionale dell'INFN, COSA (Computing on SoC Architectures), ha come obiettivo il porting e l’analisi di un codice di ricostruzione tomografica su architetture GPU installate su System-On-Chip low-power, al fine di sviluppare un metodo portatile, economico e relativamente veloce. Dall'analisi computazionale sono state sviluppate tre diverse versioni del porting in CUDA C: nella prima ci si è limitati a trasporre la parte più onerosa del calcolo sulla scheda grafica, nella seconda si sfrutta la velocità del calcolo matriciale propria del coprocessore (facendo coincidere ogni pixel con una singola unità di calcolo parallelo), mentre la terza è un miglioramento della precedente versione ottimizzata ulteriormente. La terza versione è quella definitiva scelta perché è la più performante sia dal punto di vista del tempo di ricostruzione della singola slice sia a livello di risparmio energetico. Il porting sviluppato è stato confrontato con altre due parallelizzazioni in OpenMP ed MPI. Si è studiato quindi, sia su cluster HPC, sia su cluster SoC low-power (utilizzando in particolare la scheda quad-core Tegra K1), l’efficienza di ogni paradigma in funzione della velocità di calcolo e dell’energia impiegata. La soluzione da noi proposta prevede la combinazione del porting in OpenMP e di quello in CUDA C. Tre core CPU vengono riservati per l'esecuzione del codice in OpenMP, il quarto per gestire la GPU usando il porting in CUDA C. Questa doppia parallelizzazione ha la massima efficienza in funzione della potenza e dell’energia, mentre il cluster HPC ha la massima efficienza in velocità di calcolo. Il metodo proposto quindi permetterebbe di sfruttare quasi completamente le potenzialità della CPU e GPU con un costo molto contenuto. Una possibile ottimizzazione futura potrebbe prevedere la ricostruzione di due slice contemporaneamente sulla GPU, raddoppiando circa la velocità totale e sfruttando al meglio l’hardware. Questo studio ha dato risultati molto soddisfacenti, infatti, è possibile con solo tre schede TK1 eguagliare e forse a superare, in seguito, la potenza di calcolo di un server tradizionale con il vantaggio aggiunto di avere un sistema portatile, a basso consumo e costo. Questa ricerca si va a porre nell’ambito del computing come uno tra i primi studi effettivi su architetture SoC low-power e sul loro impiego in ambito scientifico, con risultati molto promettenti.
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Il crescente utilizzo di sistemi di analisi high-throughput per lo studio dello stato fisiologico e metabolico del corpo, ha evidenziato che una corretta alimentazione e una buona forma fisica siano fattori chiave per la salute. L'aumento dell'età media della popolazione evidenzia l'importanza delle strategie di contrasto delle patologie legate all'invecchiamento. Una dieta sana è il primo mezzo di prevenzione per molte patologie, pertanto capire come il cibo influisce sul corpo umano è di fondamentale importanza. In questo lavoro di tesi abbiamo affrontato la caratterizzazione dei sistemi di imaging radiografico Dual-energy X-ray Absorptiometry (DXA). Dopo aver stabilito una metodologia adatta per l'elaborazione di dati DXA su un gruppo di soggetti sani non obesi, la PCA ha evidenziato alcune proprietà emergenti dall'interpretazione delle componenti principali in termini delle variabili di composizione corporea restituite dalla DXA. Le prime componenti sono associabili ad indici macroscopici di descrizione corporea (come BMI e WHR). Queste componenti sono sorprendentemente stabili al variare dello status dei soggetti in età, sesso e nazionalità. Dati di analisi metabolica, ottenuti tramite Magnetic Resonance Spectroscopy (MRS) su campioni di urina, sono disponibili per circa mille anziani (provenienti da cinque paesi europei) di età compresa tra i 65 ed i 79 anni, non affetti da patologie gravi. I dati di composizione corporea sono altresì presenti per questi soggetti. L'algoritmo di Non-negative Matrix Factorization (NMF) è stato utilizzato per esprimere gli spettri MRS come combinazione di fattori di base interpretabili come singoli metaboliti. I fattori trovati sono stabili, quindi spettri metabolici di soggetti sono composti dallo stesso pattern di metaboliti indipendentemente dalla nazionalità. Attraverso un'analisi a singolo cieco sono stati trovati alti valori di correlazione tra le variabili di composizione corporea e lo stato metabolico dei soggetti. Ciò suggerisce la possibilità di derivare la composizione corporea dei soggetti a partire dal loro stato metabolico.
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Recenti sviluppi nella progettazione di impianti di luce di sincrotrone di quarta generazione riguardano la produzione di fasci di luce nella banda dei raggi X con elevate caratteristiche in termini di brillanza, coerenza e impulsi estremamente brevi ( femtosecondo ) . I principali schemi per la produzione della radiazione XFEL riguardano l’impiego di ondulatori con differenti modalità di seeding. L’utilizzo dei fasci di radiazione XFEL nelle linee di luce per applicazioni di imaging, spettroscopia e diffrazione, ha determinato un costante sforzo sia nello sviluppo di dispositivi ottici in grado di selezionare e focalizzare il fascio su dimensioni nanometriche, che nella sperimentazione di tecniche “lensless” in grado di superare i limiti imposti dall’utilizzo di tali dispositivi . I risultati ottenuti nella produzione dei fasci hanno consentito nuove possibilità di indagine nella struttura dei materiali su distanze atomiche nella definizione, senza precedenti di dettagli su scale temporali del femtosecondo, permettendo lo studio, non solo di strutture atomiche in condizioni di equilibrio stabile quanto di stati della materia velocemente dinamici e di non equilibrio. CXDI e Spettroscopia Strutturale Ultraveloce risolte in tempo sono alcune delle tecniche in cui l’utilizzo della radiazione XFEL apre nuove possibilità di indagine agli stati transienti della materia permettendo la ricostruzione della dinamica di processi chimico –fisici su intervalli temporali finora inaccessibili .
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Volumetric data at micrometer level resolution can be acquired within a few minutes using synchrotron-radiation-based tomographic microscopy. The field of view along the rotation axis of the sample can easily be increased by stacking several tomograms, allowing the investigation of long and thin objects at high resolution. On the contrary, an extension of the field of view in the perpendicular direction is non-trivial. This paper presents an acquisition protocol which increases the field of view of the tomographic dataset perpendicular to its rotation axis. The acquisition protocol can be tuned as a function of the reconstruction quality and scanning time. Since the scanning time is proportional to the radiation dose imparted to the sample, this method can be used to increase the field of view of tomographic microscopy instruments while optimizing the radiation dose for radiation-sensitive samples and keeping the quality of the tomographic dataset on the required level. This approach, dubbed wide-field synchrotron radiation tomographic microscopy, can increase the lateral field of view up to five times. The method has been successfully applied for the three-dimensional imaging of entire rat lung acini with a diameter of 4.1 mm at a voxel size of 1.48 microm.
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Three-dimensional rotational X-ray imaging with the SIREMOBIL Iso-C3D (Siemens AG, Medical Solutions, Erlangen, Germany) has become a well-established intra-operative imaging modality. In combination with a tracking system, the Iso-C3D provides inherently registered image volumes ready for direct navigation. This is achieved by means of a pre-calibration procedure. The aim of this study was to investigate the influence of the tracking system used on the overall navigation accuracy of direct Iso-C3D navigation. Three models of tracking system were used in the study: Two Optotrak 3020s, a Polaris P4 and a Polaris Spectra system, with both Polaris systems being in the passive operation mode. The evaluation was carried out at two different sites using two Iso-C3D devices. To measure the navigation accuracy, a number of phantom experiments were conducted using an acrylic phantom equipped with titanium spheres. After scanning, a special pointer was used to pinpoint these markers. The difference between the digitized and navigated positions served as the accuracy measure. Up to 20 phantom scans were performed for each tracking system. The average accuracy measured was 0.86 mm and 0.96 mm for the two Optotrak 3020 systems, 1.15 mm for the Polaris P4, and 1.04 mm for the Polaris Spectra system. For the Polaris systems a higher maximal error was found, but all three systems yielded similar minimal errors. On average, all tracking systems used in this study could deliver similar navigation accuracy. The passive Polaris system showed ? as expected ? higher maximal errors; however, depending on the application constraints, this might be negligible.
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Radiological identification is important in forensic medicine. Identification using comparison of individualising structures with ante- and post-mortem conventional radiographs has been known for a long time. New radiological procedures such as computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) are being increasingly used for identification. In this paper, a new comparative approach using various radiological methods is described and its application demonstrated. This new approach is the comparison of ante-mortem conventional radiographs with projected images calculated from post-mortem CT data. The identification procedure will be illustrated with reference to the frontal sinus and the pelvis.
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ATLS Guidelines recommend single plain radiography of the chest and pelvis as part of the primary survey. Such isolated radiographs, usually obtained by bedside machines, can result in limited, low-quality studies that can adversely affect management. A new digital, low-radiation imaging device, the "Lodox Statscan" (LS), provides full-body anterior and lateral views based on enhanced linear slot-scanning technology in just over 5 minutes. We have the first LS in Europe at our facility. The aim of this study was to compare LS with computed tomographic (CT) scanning, as the gold standard, to determine the sensitivity of LS investigation in detecting injuries to the chest, thoracolumbar spine, and pelvis from our own experience, and to compare our findings with those of conventional radiography in the literature.
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BACKGROUND: Lodox-Statscan is a whole-body, skeletal and soft-tissue, low-dose X-ray scanner Anterior-posterior and lateral thoraco-abdominal studies are obtained in 3-5 minutes with only about one-third of the radiation required for conventional radiography. Since its approval by the Food and Drug Administration (FDA) in the USA, several trauma centers have incorporated this technology into their Advanced Trauma Life Support protocols. This review provides a brief overview of the system, and describes the authors' own experience with the system. METHODS: We performed a PubMed search to retrieve all references with 'Lodox' and 'Stat-scan' used as search terms. We furthermore used the google search engine to identify existing alternatives. To the best of our knowledge, this is the only FDA-approved device of its kind currently used in trauma. RESULTS AND CONCLUSION: The intention of our review has been to sensitize the readership that such alternative devices exist. The key message is that low dosage full body radiography may be an alternative to conventional resuscitation room radiography which is usually a prelude to CT scanning (ATLS algorithm). The combination of both is radiation intensive and therefore we consider any reduction of radiation a success. But only the future will show whether LS will survive in the face of low-dose radiation CT scanners and magnetic resonance imaging devices that may eventually completely replace conventional radiography.
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Temperature dependent single-crystal X-ray data were collected on amicite K4Na4(Al8Si8O32)·11H2O from Kola Peninsula (Russia) in steps of 25 °C from room temperature to 175 °C and of 50 °C up to 425 °C. At room temperature amicite has space group I2 with a = 10.2112(1), b = 10.4154(1), c = 9.8802(1) Å, β = 88.458(1)°, V = 1050.416(18) Å3. Its crystal structure is based on a Si–Al ordered tetrahedral framework of the GIS type with two systems of eight-membered channels running along the a and c axes. Extraframework K and Na cations are ordered at two fully occupied sites. Above 75 °C amicite was found to partly dehydrate into two separate but coherently intergrown phases, both of space group I2/a, one K-rich ∼K8(Al8Si8O32) ·4H2O (at 75 °C: a = 10.038(2), b = 9.6805(19), c = 9.843(2) Å, β = 89.93(3)°, V = 956.5(3) Å3) and the other Na-rich ∼Na8(Al8Si8O32)·2H2O (at 75 °C: a = 9.759(2), b = 8.9078(18), c = 9.5270(19) Å, β = 89.98(3)°, V = 828.2(3) Å3). Upon further heating above 75 °C the Na- and K-phases lost remaining H2O with only minor influence on the framework structure and became anhydrous at 175 °C and 375 °C, respectively. The two anhydrous phases persisted up to 425 °C. Backscattered electron images of a heated crystal displayed lamellar intergrowth of the K- and Na-rich phases. Exposed to ambient humid conditions K- and Na-rich phases rehydrated and conjoined to the original one phase I2 structure.
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Reconstruction of shape and intensity from 2D x-ray images has drawn more and more attentions. Previously introduced work suffers from the long computing time due to its iterative optimization characteristics and the requirement of generating digitally reconstructed radiographs within each iteration. In this paper, we propose a novel method which uses a patient-specific 3D surface model reconstructed from 2D x-ray images as a surrogate to get a patient-specific volumetric intensity reconstruction via partial least squares regression. No DRR generation is needed. The method was validated on 20 cadaveric proximal femurs by performing a leave-one-out study. Qualitative and quantitative results demonstrated the efficacy of the present method. Compared to the existing work, the present method has the advantage of much shorter computing time and can be applied to both DXA images as well as conventional x-ray images, which may hold the potentials to be applied to clinical routine task such as total hip arthroplasty (THA).
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The combination of scaled analogue experiments, material mechanics, X-ray computed tomography (XRCT) and Digital Volume Correlation techniques (DVC) is a powerful new tool not only to examine the 3 dimensional structure and kinematic evolution of complex deformation structures in scaled analogue experiments, but also to fully quantify their spatial strain distribution and complete strain history. Digital image correlation (DIC) is an important advance in quantitative physical modelling and helps to understand non-linear deformation processes. Optical non-intrusive (DIC) techniques enable the quantification of localised and distributed deformation in analogue experiments based either on images taken through transparent sidewalls (2D DIC) or on surface views (3D DIC). X-ray computed tomography (XRCT) analysis permits the non-destructive visualisation of the internal structure and kinematic evolution of scaled analogue experiments simulating tectonic evolution of complex geological structures. The combination of XRCT sectional image data of analogue experiments with 2D DIC only allows quantification of 2D displacement and strain components in section direction. This completely omits the potential of CT experiments for full 3D strain analysis of complex, non-cylindrical deformation structures. In this study, we apply digital volume correlation (DVC) techniques on XRCT scan data of “solid” analogue experiments to fully quantify the internal displacement and strain in 3 dimensions over time. Our first results indicate that the application of DVC techniques on XRCT volume data can successfully be used to quantify the 3D spatial and temporal strain patterns inside analogue experiments. We demonstrate the potential of combining DVC techniques and XRCT volume imaging for 3D strain analysis of a contractional experiment simulating the development of a non-cylindrical pop-up structure. Furthermore, we discuss various options for optimisation of granular materials, pattern generation, and data acquisition for increased resolution and accuracy of the strain results. Three-dimensional strain analysis of analogue models is of particular interest for geological and seismic interpretations of complex, non-cylindrical geological structures. The volume strain data enable the analysis of the large-scale and small-scale strain history of geological structures.