从在土X射线计算机断层扫描数据量和表面分析：提取指标三维根系

根，作为根际^2-5的一部分，代表植物生物学的“看不见”的一部分，因为土壤使得难以图像根非侵入^6,7，但是，研究土壤环境中的根生长和相互作用是理解临界根/植物的生长和养分循环，进而影响造林，粮食安全和气候。 X射线计算机断层扫描（XCT）已被证明是在其本地环境⁸植物根样本的非侵入性成像的有价值的工具。为了测量在不同条件下的根发育和尺寸的变化，并且可以比较从不同的数据集/标本数据，需要提取该断层摄影数据的定量信息。从周围的土壤的根数据的分割，即，基础图像的从一切它周围其他的隔离（包括，例如，一个相邻植物）是ACCU前一个关键步骤率大小分析可以做到的。然而，一个简单的阈值的方法是经常不可行的根数据。在土壤成像植物根部有关的挑战包括在根材料的X射线衰减特性的变化，和引起的水和有机物质的根和土壤之间的衰减值的重叠。这些问题已被寄望Mairhofer 等近期解决。在他们的视觉跟踪工具RooTrak ^7,9。成功的分割后的下一步是根体积和表面积的准确测定。体积可以通过计数的体素的数量并作为⁷之前所示的体素“尺寸的立方相乘来估计。为了更准确地测定根表面积和体积的，所述分段根系的等值面可以由三角形网格使用被称为移动立方体¹⁰的算法表示。开源的ImageJ ¹¹可以采用近似第基于对移动立方体算法E根卷。据我们所知，致力于在厘米范围计算为根基于标本断层体积/表面数据只有开放源代码软件数量有限，以上是目前可用^12。我们看了¹³张开源软件侧重于根系生长，旨在细胞特征在单细胞分辨率，可以定量分析的体积。一些专门为整根系统¹⁴开源软件是极好的基础上近似，他们的造型实际上是管小口径管的根部系统。然而，随着二维图像一些工作，无法处理3D堆栈^14。此外，当表面粗糙和不均匀的形状，如那些树根系统，进行了研究，管状形状近似可能是无效的。另一种方法¹⁵使用创新绕过第二维（2D）旋转图像序列Ë需要昂贵的CT扫描仪。它可以测量，记录和显示根系长度。我们从那些仅可以买到^16-18测试的软件;一个不出现，以便能够处理三维图像栈^16，第二是一个叶面积和根长度测量工具^17，而第三个是基于颜色分析^18。在此基础上的调查，我们建议，从3D断层扫描数据，而不管其形状接近根部的表面和体积的无成本的选择是理想的。

上可免费获得的RooTrak和ImageJ的基础上，我们已经开发出一种方案，名为imeshJ（参见补充编码文件），其处理来自分段根数据产生的等值面目（表面立体文件），并通过计算该根的体积和表面积做网格上的三角形索引数据简单的几何计算。在这里，我们报告说，综合运用XCT成像的方法，数据重建和可视化（软件CT临3D和VG工作室），从3D数据（开源软件ImageJ的和RooTrak）土壤样品的根分割，并且表面和体积信息提取从三角形网格（ImageJ的和计算机代码imeshJ）。