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快速了解 | 顯微 CT 在仿生工程學(xué)的應(yīng)用

復(fù)納科技 2023-10-12 | 閱讀：677

引言

X 射線顯微 CT 作為一種先進(jìn)的成像技術(shù)，在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域取得了顯著的成就。近年來，隨著仿生工程學(xué)的發(fā)展，顯微 CT 設(shè)備在該領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸受到了重視。本文將首先基本介紹顯微 CT 技術(shù)，并探討顯微 CT 設(shè)備在仿生工程學(xué)中的應(yīng)用。

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1 關(guān)于顯微 CT 技術(shù)

顯微 CT 技術(shù)，全稱為顯微型計算機(jī)斷層掃描技術(shù)（Micro Computed Tomography），是一種非破壞性的三維成像技術(shù)。它基于 X 射線原理，能夠以高分辨率獲取物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，包括微小的細(xì)節(jié)和組織結(jié)構(gòu)。

顯微 CT 的工作過程通常包括以下步驟：

01. X 射線掃描：X 射線源會產(chǎn)生高能量的 X 射線束，該束照射到被測物體上。

02. 探測器接收信號：探測器在另一側(cè)接收透射過來的 X 射線，并將其轉(zhuǎn)化為電信號。

03. 數(shù)據(jù)采集：通過旋轉(zhuǎn)樣品并在不同角度下進(jìn)行掃描，獲取一系列的二維投影圖像。

04. 重建算法：利用數(shù)學(xué)算法，將這些二維投影圖像轉(zhuǎn)換為三維體積數(shù)據(jù)，從而得到物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

05. 圖像后處理：對重建后的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、分割等處理，以增強(qiáng)圖像質(zhì)量和提取感興趣的特征。

顯微 CT 技術(shù)以其高分辨率、非破壞性、三維成像等特點，在醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，成為了科學(xué)研究和工程實踐中不可或缺的重要工具之一。它可以用于研究生物體的骨骼結(jié)構(gòu)、細(xì)胞組織分布，也可以用于分析材料的微觀結(jié)構(gòu)、孔隙分布等特性。

2 關(guān)于仿生工程學(xué)

仿生工程學(xué)是一門跨學(xué)科的研究領(lǐng)域，旨在借鑒生物體的結(jié)構(gòu)、功能、過程等特征，將其應(yīng)用于工程學(xué)中。其研究領(lǐng)域包括但不限于：

生物材料：研究生物體中具有特殊功能的材料，如骨骼、軟組織等，以及其在工程應(yīng)用中的模擬與仿制。

生物體力學(xué)：探討生物體內(nèi)部力學(xué)性能，如骨骼的抗壓、抗拉等特性，并將其應(yīng)用于材料的設(shè)計與制備。

生物傳感器：利用生物體內(nèi)部的傳感器結(jié)構(gòu)與機(jī)制，設(shè)計新型傳感器用于醫(yī)療監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。

生物仿真：模擬生物體的行為、動力學(xué)過程，以解決工程學(xué)中的實際問題，如仿生機(jī)器人等。

3 顯微 CT 設(shè)備在仿生工程學(xué)的應(yīng)用

顯微 CT 設(shè)備在仿生工程學(xué)中的應(yīng)用非常廣泛，它為仿生工程學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的工具支持。以下是顯微 CT 設(shè)備在仿生工程學(xué)中的主要應(yīng)用方面：

生物材料的顯微結(jié)構(gòu)分析：

顯微 CT 能夠以高分辨率成像生物材料的微觀結(jié)構(gòu)，包括材料的孔隙結(jié)構(gòu)、晶粒排列等特征。這些信息對于研究、設(shè)計和改進(jìn)生物材料至關(guān)重要，尤其在仿生工程學(xué)中，可以幫助模擬和仿制具有特殊功能的生物材料。

骨骼組織的三維重建

顯微 CT 可以以非破壞性的方式對骨骼組織進(jìn)行三維成像，包括骨小梁的連通情況、骨密度分布等信息。這為人工骨骼的設(shè)計與制備提供了關(guān)鍵的參考，也可用于研究骨骼力學(xué)特性及其在仿生工程中的應(yīng)用。

生物仿真與仿生機(jī)器人

通過顯微 CT 獲取生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，可以為仿生機(jī)器人的設(shè)計提供直觀的參考。這使得仿生機(jī)器人在形態(tài)和功能上更加接近生物體，為仿生工程學(xué)的研究與發(fā)展提供了有力支持。

生物傳感器與醫(yī)療器械設(shè)計

顯微 CT 可以提供生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，可以用于設(shè)計生物傳感器及醫(yī)療器械。這些設(shè)備可以模仿生物體的感知機(jī)制，用于醫(yī)療監(jiān)測、治療等領(lǐng)域。

總結(jié)

X 射線顯微 CT 作為一項先進(jìn)的成像技術(shù)，在仿生工程學(xué)中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。通過對生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高分辨率成像，顯微 CT 為仿生工程學(xué)的研究提供了強(qiáng)有力的工具支持，為材料設(shè)計、生物仿真等方面的研究提供了直觀的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，我們可以期待顯微 CT 在仿生工程學(xué)領(lǐng)域的更加廣泛的應(yīng)用和創(chuàng)新。

4 關(guān)于 NEOSCAN 顯微 CT 設(shè)備

NEOSCAN 是一家專注于設(shè)計和生產(chǎn)顯微 CT 儀器的公司，由 Alexander Sasov 創(chuàng)立于比利時。目前 NEOSCAN 推出三款顯微 CT 產(chǎn)品：N80、N70、N60，可在不破壞樣品的同時，得到樣品的結(jié)構(gòu)信息（空腔孔隙）、密度信息（組分差異），同時可以輸出三維模型，進(jìn)行仿真分析。