Kvantitativní počítačová tomografie

Abstract

Hlavním cílem této práce je prostudovat, prozkoumat a případně posunout dále oblast kvantitativní počítačové tomografie (QCT) se specifickým zaměřením na laboratorní submikronový CT systém Rigaku nano3DX. Tato práce se zabývá oběma aspekty QCT, kterými jsou akvizice kvantitativních CT dat a využití CT dat pro kvantitativní analýzu. Pokud jde o první aspekt, specifický důraz je kladen na posouzení současných technologických limitů submikronového CT, kde jsou studovány tomografické artefakty způsobené právě technickými nedostatky a navrženy optimální redukční strategie. Také praktické aspekty spojené s implementací spektrálního CT ve formě dual-targetového CT (DTCT) pomocí systému Rigaku nano3DX jsou řešeny vývojem specializovaných metodologií pro akvizici a registrace dat. Pro kvantitativní analýzu CT dat byly vyvinuty dvě nové metody. Jedna z metod byla speciálně navržena pro analýzu porozity vzorků vyrobených metodou 3D-tisku a to s ohledem na klíčové aspekty zpracování tomografických dat, díky čemuž je tato metoda objektivní a reprodukovatelná. Druhá metoda byla speciálně navržena pro kvantitativní hodnocení 3D modelů biologických tubulárních systémů a byla prakticky testována na myším modelu Alagilleova syndromu.

The main aim of this thesis is to study, explore and possibly move further the field of quantitative computed tomography (QCT) with specific focus on a laboratory-based submicron computed tomography (CT) system Rigaku nano3DX. This work is dealing with both aspects of the QCT, which are the acquisition of quantitative CT data and the utilization of CT data for quantitative analysis. Regarding the first aspect, specific focus is placed on assessment of current technological limits of submicron CT, where the technology-based tomographic artifacts are studied, and optimal reduction strategies are proposed. Also, practical aspects related to implementation of spectral CT in a form of dual-target CT (DTCT) using Rigaku nano3DX system, are solved by development of dedicated acquisition and data registration methodologies. For the quantitative analysis of CT data, two novel methods were developed. One was specifically designed for porosity analysis of additive manufactured samples with a respect to the crucial points of tomographic data processing, making it objective and reproducible. Second method was specifically designed for quantitative assessment of 3D models of biological tubular systems and was practically tested on a mouse model of Alagille syndrome.