X-ray microtomography of 410 million-year-old optic capsules from placoderm fishes

The structure of two small ossified optic capsules from mid-Palaeozoic placoderm fishes has been revealed in fine detail, by the use of Xray microtomography analysis and 3D visualisation software. These two specimens are 410 million-year-old; they were collected from an Early Devonian (Lochkovian) limestone in central New South Wales, and are the oldest known optic capsules from jawed fishes. The capsules show attachment areas for seven extrinsic eye muscles, rather than the six until recently deemed universal for gnathostomes. The analysis also revealed structures within the ossified cartilage which covered the medial surface of the eyeball, including nerve tracts, vascular canals, and possibly a choroid rete mirabile. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Assessment of physical and hydrological properties of biological soil crusts using x-ray microtomography and modelling

Biological soil crusts (BSCs) are formed by aggregates of soil particles and communities of microbial organisms and are common in all drylands. The role of BSCs on infiltration remains uncertain due to the lack of data on their role in affecting soil physical properties such as porosity and structure. Quantitative assessment of these properties is primarily hindered by the fragile nature of the crusts. Here we show how the use of a combination of non-destructive imaging X-ray microtomography (XMT) and Lattice Boltzmann method (LBM) enables quantification of key soil physical parameters and the modeling of water flow through BSCs samples from Kalahari Sands, Botswana. We quantify porosity and flow changes as a result of mechanical disturbance of such a fragile cyanobacteria-dominated crust. Results show significant variations in porosity between different types of crusts and how they affect the flow and that disturbance of a cyanobacteria-dominated crust results in the breakdown of larger pore spaces and reduces flow rates through the surface layer. We conclude that the XMT–LBM approach is well suited for study of fragile surface crust samples where physical and hydraulic properties cannot be easily quantified using conventional methods.

Entsymaattisen hydrolyysin vaikutuksista mikrokiteisen selluloosan rakenteeseen

Cellulose can be used as a renewable raw material for energy production. The utilization requires degradation of cellulose into glucose, which can be done with the aid of enzymatic hydrolysis. In this thesis, various x-ray methods were used to characterize sub-micrometer changes in microcrystalline cellulose during enzymatic hydrolysis to clarify the process and factors slowering it. The methods included wide-angle x-ray scattering (WAXS), small-angle x-ray scattering (SAXS) and x-ray microtomography. In addition, the samples were studied with transmission electron microscopy (TEM). The studied samples were hydrolyzed by enzymes of the Trichoderma reesei species for 6, 24, and 75 hours, which corresponded to 31 %, 58 %, and 68 % degrees of hydrolysis, respectively. Freeze-dried hydrolysis residues were measured with WAXS, SAXS and microtomography, whereas some of them were re-wetted for the wet SAXS and TEM measurements. The microtomography measurements showed a clear decrease in particle size in scale of tens of micrometers. In all the TEM pictures similar cylindrical and partly ramified structures were observed, independent of the hydrolysis time. The SAXS results were ambiguous and partly imprecise, but showed a change in the structure of wet samples in scale of 10-30 nm. According to the WAXS results, the degrees of crystallinity and the crystal sizes remained the same. The gained results support the assuption, that the cellulosic particles are hydrolyzed mostly on their surface, since the enzymes are unable to penetrate into the nanopores of wet cellulose. The hydrolysis therefore proceeds quickly in easily accessible particles and leaves the unaccesible particles almost untouched. The structural changes observed in the SAXS measurements might correspond to slight loosening of the microfibril aggregates, which was seen only in the wet samples because of their different pore structure.

Macropores generated during shrinkage in two paddy soils using X-ray micro-computed tomography

Soil shrinkage curve represents a decrease of total porosity or an increase of bulk density with water loss. However, our knowledge of the dynamics of pores and their geometry during soil shrinkage is scarce, partially due to lack of reliable methods for determining soil pores in relation to change in soil water. This study aimed to investigate the dynamics of macropores (>30 mu m) of paddy soils during shrinkage. Two, paddy soils, which were sampled from one paddy field cultivated for 20 years (YPF) and the other one for over 100 years (OPF), represented difference in crack geometry in the field. Macropore parameters (volume, connectivity, and orientation of pores) and soil shrinkage parameters were determined on the same undisturbed soil cores by X-ray microtomography and shrinkage curve, respectively. Macroporosity was on average four times larger in the YPF than in the OPF whereas the shrinkage capacity was lower in the YPF as compared to the OPF (0.09 vs. 0.15 COLE). Soil shrinkage increased the volume of pores by 3.7% in the YPF and by 1.6% in the OPF as well as their connectivity. The formation of macropores occurred mostly in the proportional shrinkage phase. As a result, the slope of the proportional shrinkage phase was smaller in the YPF (0.65) than in the OPF (0.89). New macropores were cracks and extended pre-existing pores in the range of 225-1215 pm size without any preferential orientation. This work provides image evidences that in paddy soils with high shrinkage capacity more macropores are generated in the soil presenting a smaller proportional shrinkage slope. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.

Microtomografia com Raio X e processamento de imagem na obtenção da porosidade do concreto

O objetivo principal desse trabalho foi utilizar métodos não destrutivos (END), como a microtomografia com Raio X e técnicas de obtenção e processamento de imagens, para obtenção da porosidade do concreto. Foram utilizados dois métodos. Em um método as imagens foram obtidas por meio de microtomografia por Raio X e no outro foi utilizado um escâner comercial para obtenção das imagens. Essas imagens foram processadas por meio de técnicas de processamento de pixel e morfologia matemática. Os resultados obtidos para a porosidade foram comparados com resultado obtido por meio do método proposto pela NBR 9778 (2005) (Absorção de água, índice de vazios e massa específica em argamassa e concreto endurecido). As imagens microtomográficas das amostras de concreto foram obtidas num sistema Skyscan 1172 com 256 tons de cinza, ajustadas em contraste, binarizadas e filtradas. No outro método foi utilizado um Escâner Comercial com resolução de 2400 dpi para adquirir as imagens, sendo também utilizadas técnicas de processamento de pixel e morfologia matemática para processá-las. Os resultados dos valores da porosidade mostraram compatibilidade entre os dois métodos apresentados e o método proposto pela NBR 9778 (2005). Observou-se que os resultados obtidos por microtomografia foram mais confiáveis, mas o método utilizando o escâner comercial se apresentou como um método aceitável por seus resultados e principalmente por seu baixo custo e facilidade de operação.

Caracterização de concreto reforçado com fibras pela técnica de microtomografia computadorizada por transmissão de raios X

Nesta dissertação de Mestrado do programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia dos Materiais é apresentado um estudo para a caracterização do concreto reforçado com fibras de polipropileno e de aço pela análise das imagens de microtomografia computadorizada por transmissão de raios X (μCT). Foram produzidos corpos de prova de concreto para determinar a sua resistência mecânica à compressão. As imagens foram obtidas no sistema Skyscan, modelo 1174, reconstruídas e analisadas. Foi possível observar na análise das imagens a estrutura da fibra de aço dispersa na matriz do concreto e quantificá-las pelo programa de análise de imagens Ctan e perceber um ganho na resistência mecânica em relação ao concreto sem fibras. Não foi feito a quantificação das amostras de fibras de polipropileno dispersas na matriz de concreto, mas foi observada a presença de aglomerados dessa fibra que resultaram na perda da resistência mecânica em relação ao concreto sem fibras.

Investigação da microarquitetura óssea através de microtomografia 3D

A microtomografia computadorizada (uCT) é uma técnica de ensaio não destrutivo, frequentemente utilizada no estudo da estrutura interna de ossos, com uma resolução espacial da ordem de mícrons. Neste trabalho, seis pares de amostras ósseas (fêmur de rato) foram estudados através da uCT. Os ensaios foram conduzidos na presença ou não de filtros de alumínio (espessura de 0,25; 0,50 e 0,75 mm), utilizando-se três níveis de resolução (33,3; 15,0 e 9,5 um). Os parâmetros de arquitetura óssea BS (área óssea da amostra), BV (volume ósseo da amostra), TS (área superficial da amostra), TV (volume da amostra), BV/TV (razão entre o volume ósseo e o volume da amostra), BS/BV (razão entre a área óssea da amostra e o volume ósseo da amostra), Tb.N (densidade trabecular), Tb.Th (espaçamento entre as trabéculas), Tb.Sp (separação trabecular), conectividade e anisotropia foram determinados através das análises em duas (2D) e/ou três (3D) dimensões. A comparação entre os valores dos parâmetros obtidos através dessas análises foi realizada através do teste t pareado e da correlação de Pearson. Com base nos resultados, foi possível determinar a influência da resolução da imagem na qualidade dos parâmetros da arquitetura óssea obtidos através das análises 2D e/ou 3D. Os dados mostram que a presença de filtro de alumínio também afeta a qualidade desses parâmetros. Assim, os melhores resultados são obtidos com resolução máxima e filtro de alumínio com espessura de 0,25 ou 0,50 mm.

Caracterização de imagens de microtomografia de raios X baseada em descritores de textura

A microtomografia computadorizada (computed microtomography - μCT) permite uma análise não destrutiva de amostras, além de possibilitar sua reutilização. A μCT permite também a reconstrução de objetos tridimensionais a partir de suas seções transversais que são obtidas interceptando a amostra através de planos paralelos. Equipamentos de μCT oferecem ao usuário diversas opções de configurações que alteram a qualidade das imagens obtidas afetando, dessa forma, o resultado esperado. Nesta tese foi realizada a caracterização e análise de imagens de μCT geradas pelo microtomógrafo SkyScan1174 Compact Micro-CT. A base desta caracterização é o processamento de imagens. Foram aplicadas técnicas de realce (brilho, saturação, equalização do histograma e filtro de mediana) nas imagens originais gerando novas imagens e em seguida a quantificação de ambos os conjuntos, utilizando descritores de textura (probabilidade máxima, momento de diferença, momento inverso de diferença, entropia e uniformidade). Os resultados mostram que, comparadas às originais, as imagens que passaram por técnicas de realce apresentaram melhoras quando gerados seus modelos tridimensionais.

显微成像荧光屏用无机闪烁单晶薄膜的研究进展

随着第三代同步辐射源的出现，由荧光屏和CCD耦合组成的、具有亚微米级空间分辨率、快速在线成像功能的探测器在医疗、安检、工业、科研等领域将会得到广泛应用．本文主要综述了成像荧光屏用材料的概况和发展趋势，重点阐述了闪烁单晶薄膜的研究及发展情况．

Caracterização de cálculos urinários humanos inteiros de rim e bexiga usando difração de raios X e microtomografia computadorizada

A urolitíase é um problema de escala mundial, que ocorre em todas as regiões, culturas e grupos raciais. A incidência desta doença vem aumentando ao redor do mundo e dados mostram que no Brasil estima-se que são afetados 5% da população com uma taxa de recorrência de 2,5%. Conhecer a composição mineral e estrutura interna dos cálculos é um passo importante para tentar entender melhor a fisiopatologia desta doença. Quatro cálculos urinários infecciosos, íntegros de grande volume (diâmetro maior que 20 mm), sendo dois provenientes da bexiga e dois de rins, obtidos cirurgicamente no setor de urologia do Hospital Universitário Pedro Ernesto (HUPE/UERJ) foram analisados usando microtomografia (μCT) e difração de raios X por policristais (DRXP). As imagens microtomográficas foram obtidas usando tubo de raios X microfoco na estação TomoLab e radiação síncrotron (SR-μCT) na linha de Física Médica, ambos no Laboratório Síncrotron Elettra, Trieste, Itália. As medidas de DRXP foram realizadas na linha de Difração de Raios X do Laboratório Nacional de luz Síncrotron, Campinas, Brasil. Para os cálculos de bexiga foram encontradas quatro fases cristalinas: estruvita (STV), oxalato mono (COM) e dihidratado (COD) e hidroxiapatita (HAp). Nos cálculos renais foram encontrados STV e HAp, sendo predominante a primeira fase cristalina. A quantidade de material amorfo (não-cristalino) foi maior que 60% da composição das amostras. A técnica convencional utilizada foi eficaz para análise dos cálculos urinários inteiros e possibilitou a visualização de estruturas internas sem interferência de procedimentos prévios de preparação da amostra. As análises de DRXP com fonte síncrotron aliadas ao método Rietveld foram determinantes para identificação e quantificação dos minerais presentes nas varias camadas das amostras. Pode-se constatar a complementaridade entre a μCT e a DRXP para caracterização microestrutural e mineralógica de cálculos urinários humanos.

Avaliação do grau de porosidade de três cimentos endodônticos: estudo realizado com microtomogafia computadorizada e análise digital de imagens

O presente trabalho teve como objetivo avaliar volumetricamente a presença de poros em três cimentos obturadores. Para a análise de porosidade, quatro cilindros de cada cimento foram preparados e escaneados usando um microtomógrafo de alta resolução (Skyscam 1174, Kontich, Bélgica). O cálculo da porosidade foi realizado por meio de análise de imagens digitalizadas dos blocos de cimentos. Os quais foram microtomografados para criação de modelos tridimensionais. A presença de poros e vacúolos foi então avaliada por inferência do software CT analiser. Os resultados mostraram que o i-Root SP teve o menor índice de porosidade (0,07%), enquanto o AH plus e o MTA Fillapex não apresentaram diferenças estatisticamente significativas entre si (p≥0,05). Apesar dos resultados para o índice de porosidade total do MTA Fillapex e do AH plus não terem diferenças significativas(p>0,05), os achados do presente trabalho mostraram que o MTA fillapex obteve resultados significativamente maiores nos volumes médios individuais dos poros internos que o Ah plus e o i-Root SP. Os resultados foram tabulados e analisados estatisticamete através do teste Anova ao nível de significância de 5%.

Avaliação microtomográfica de canais mesiais de molares inferiores preparados com sistemas rotatórios e reciprocantes

O objetivo do presente trabalho foi avaliar, em microtomografia computadorizada (CT), o preparo de canais de molares inferiores com diferentes sistemas acionados a motor. Foram selecionadas 58 raízes mesiais patentes, de diâmetro anatômico correspondente a #10. Para a avaliação em TC, um anel de aço inoxidável foi confeccionado nos moldes do suporte para amostra do microtomógrafo, para que servisse de fôrma para a inclusão das raízes em resina Duralay, a fim de padronizar a posição do espécime no escaneamento inicial e final. Os canais foram preparados com os sistemas Reciproc R25 (n=16); WaveOne Primary File (n=16); Twisted File (n=14), e HyFlex (n=12). Após serem escaneados, foram reconstruídos tridimensionalmente e avaliados quantitativamente quanto à variação de volume (mm3), área de superfície (mm2) e structure model index (SMI). Foi, ainda, realizada a avaliação qualitativa das seções transversais por terço e por quadrante (MV, ML, DV, DL), sendo avaliado o toque de paredes. Os dados paramétricos foram analisados estatisticamente pelos testes ANOVA e t para amostras pareadas (α=5%). Não foi observada diferença estatística nos parâmetros quantitativos avaliados para Reciproc (142,77 76,75; 42,22 19,22; e 14,68 17,69, respectivamente); WaveOne (105,09 64,82; 29,54 19,21; 14,81 9,10, respectivamente); Twisted File (111,83 43,09; 33,31 18,40; 9,16 6,57, respectivamente), e HyFlex (151,74 149,37; 43,08 41,44; 10,80 8,52, respectivamente) (p=0,423). Dentro de cada grupo, foi observada diferença significante entre os resultados pré e pós-operatórios. O teste não paramétrico de Kruskal Wallis foi aplicado para a avaliação relativa ao toque de paredes. Foi observado que o sistema HyFlex apresentou a maior porcentagem de toques (82,3 13,1), seguido por Reciproc (81,3 16,9), Twisted File (78,3 14,4) e, por fim, WaveOne (76,9 21,7) (p>0,05). Em relação aos terços não foi observada diferença significativa (p=0,424). Os resultados da avaliação dos quadrantes intergrupo não demonstraram diferenças, porém indicaram tendência do preparo em direção à parede distal no terço cervical. Ao final, pôde-se concluir que os sistemas testados se equivalem quanto ao preparo de canais mesiais de molares inferiores; porém, nenhuma das técnicas foi capaz de tocar completamente em todas as paredes do canal radicular.

Desenvolvimento de ferramenta computacional para metrologia com microtomografia computadorizada

Esta tese apresentada uma proposta de desenvolvimento de uma ferramenta computacional para metrologia com microtomografia computadorizada que possa ser implantada em sistemas de microtomógrafos convencionais. O estudo concentra-se nas diferentes técnicas de detecção de borda utilizadas em processamento de imagens digitais.Para compreender a viabilidade do desenvolvimento da ferramenta optou-se por utilizar o Matlab 2010a. A ferramenta computacional proposta é capaz de medir objetos circulares e retangulares. As medidas podem ser horizontais ou circulares, podendo ser realizada várias medidas de uma mesma imagem, uma medida de várias imagens ou várias medidas de várias imagens. As técnicas processamento de imagens digitais implementadas são a limiarização global com escolha do threshold manualmente baseado no histograma da imagem ou automaticamente pelo método de Otsu, os filtros de passa-alta no domínio do espaço Sobel, Prewitt, Roberts, LoG e Canny e medida entre os picos mais externos da 1 e 2 derivada da imagem. Os resultados foram validados através de comparação com os resultados de teste realizados pelo Laboratório de Ensaios Mecânicos e Metrologia (LEMec) do Intstituto Politécnico do Rio de Janeiro (IPRJ), Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), Nova Friburdo- RJ e pelo Serviço Nacional da Indústria Nova Friburgo (SENAI/NF). Os resultados obtidos pela ferramenta computacional foram equivalentes aos obtidos com os instrumentos de medição utilizados, demonstrando à viabilidade de utilização da ferramenta computacional a metrologia.