Objavovanie mikrosveta

Počítačová RTG mikrotomografia prináša nové možnosti zobrazovania. Umožňuje nám preskúmať predmety zvnútra bez toho, aby sme ich narušili.

Dnes, keď hrozí zánik a vyhynutie niektorých živočíšnych druhov, môže mikrotomografia uchovať o nich dôležité informácie.

Ak chceme nahliadnuť do štruktúry kovov, kompozitných materiálov či minerálov, získame vďaka tejto zobrazovacej metóde nové informácie. V biológii a paleontológii znamená významný posun pri štúdiu vnútorných štruktúr organizmov.
RTG žiarenie objavil v roku 1895 nemecký fyzik W. C. Röntgen. Toto elektromagnetické vlnenie sa vyznačuje vysokou prenikavosťou cez rôzne objekty. Asi najznámejšie je jeho využitie v medicíne, ale pomáha zviditeľňovať aj vnútro iných živých organizmov či defekty v materiáloch.

Od dvojrozmerných snímok k 3D modelom
Od objavenia RTG žiarenia sa intenzívne rozvíjali dvojrozmerné (2D) zobrazovacie metódy. Objav počítačovej tomografie okolo roku 1972, nielenže umožnil nazrieť dovnútra predmetov či ľudského tela a vidieť ich už trojrozmerne, ale výsledný obraz priniesol v novej kvalite. Logickým pokračovaním vývoja je potom RTG mikrotomografia založená na princípe RTG tieňovej mikroskopie. Röntgenová mikrotomografia sa využíva na štúdium malých objektov s veľkým rozlíšením a možno ju použiť na  zobrazovanie vnútorných štruktúr v biológii, paleontológii, petrografii a geológii. Metóda umožňuje vytvoriť trojrozmerný model a zobraziť skúmané štruktúry z rôznych strán a v niekoľkých rezoch.

Ako pracuje röntgenový mikrotomograf
Aby sme mohli vidieť dovnútra predmetu, musí cezeň prejsť zväzok RTG lúčov pod rôznymi uhlami. Získané obrazy sa potom spracúvajú matematickými metódami, čo sa nazýva tomografická rekonštrukcia. Počítačové spracovanie je potom schopné priradiť v danom reze každému bodu v priestore jeho príslušnú hodnotu a zobraziť ju v stupňoch šedi alebo vo farebnom odtieni na monitore.

V medicíne pri vyšetrení na počítačovom tomografe leží pacient v akomsi tuneli, okolo neho rotujú detektory a oproti nim je statická RTG výbojka – zdroj žiarenia. V mikrotomografii sú, naopak, zdroj RTG žiarenia a detektor nepohyblivé a vyšetrovaný predmet musí okolo detektora krúžiť.

RTG mikrotomografické meranie sa skladá z dvoch základných krokov. V prvej fáze sa pri postupnom pootáčaní objektu o zvolený malý uhol (napr. 0°15´) získavajú tzv. projekcie, čiže tieňové obrazy. Skúmaný objekt sa otočí pri vyšetrovaní dookola, o 360 stupňov. Ak je uhol pootočenia len 15 minút, získa sa 1 440 zobrazení. To je už veľké množstvo údajov, ktoré treba spracovať. Počas snímania je veľmi dôležité, aby predmet nemenil tvar, aby sa nepohyboval a aby bol v súradnicovom systéme mikrotomografie spoľahlivo upevnený. Potom nastupuje druhá faza – pomocou matematických operácií zrekonštruovať obraz tak, aby sme ho videli ako priestorový. Je to obraz, ktorý dáva informáciu o schopnosti objektu absorbovať RTG žiarenie. Táto fáza vyhodnotenia je náročná na výpočtový výkon počítača.

V rámci projektu CEKOMAT vzniklo v Ústave merania SAV mikrotomografické laboratórium vybavené zariadením Nanotom 180 firmy GE-Phoenix. Detektor RTG žiarenia má rozlíšenie 2 300 x 2 300 pixelov, pričom rozmer jedného pixelu je 50 x 50 µm. Tieto parametre umožňujú mikrotomografu dosiahnuť rozlíšenie malých objektov až na úrovni 0,5 µm. (mikrometer)

Zobrazovanie biologických objektov
Pri klasickom spôsobe zobrazenia vnútorných štruktúr organizmov v priestore sa používa  histologická technika, pri ktorej sa napríklad nejaký orgán musí doslova nakrájať. Problémom je potom vytváranie zväčšených trojrozmerných modelov daných štruktúr, napr. lebky, ciev, svalov a ich úponov na kostiach. Histologická technika narúša skúmaný objekt, takže je často úplne nevhodná. Ťažko by sme asi obetovali vzácne vzorky uložené v múzeách na takýto výskum. Ťažko by sme mohli nakrájať aj skamenené živočíchy či rastliny.

Počítačová mikrotomografia však umožňuje aj ich skúmanie. Vie vymodelovať u paleontologických nálezov hoci mozgovú dutinu, nosové púzdra, či kanály vnútorného ucha. Ich poznanie nám potom pomáha vytvárať si hypotézy, ako tieto orgány fungovali a ako sa milióny rokov mŕtve živočíchy správali. Okrem toho, vieme vďaka nej získať výsledky v 3D zobrazení rýchlo, z rôznych strán a v rôznych rezoch.

RNDr. Ing. Ján Bartl, CSc., RNDr. Miroslav Hain, PhD.,
Ústav merania SAV


Viac o objavovaní mikrosveta metódou RTG mikrotomografie sa dočítate v časopise Quark.