רדיוגרפיה של נייטרונים וטומוגרפיה ממוחשבת של מערכות ביולוגיות בכור איזוטופ השטף הגבוה של המעבדה הלאומית אוק רידג'
概要
כתב יד זה מתאר פרוטוקול לרדיוגרפיה של נייטרונים וטומוגרפיה ממוחשבת של דגימות ביולוגיות באמצעות אלומת CG-1D של כור איזוטופים בשטף גבוה (HFIR) כדי למדוד שתל מתכת בעצם הירך של חולדה, ריאה של עכבר ומערכת שורשים/קרקע עשבונית של צמחים.
Abstract
נייטרונים שימשו בעבר למגוון רחב של יישומים ביולוגיים תוך שימוש בטכניקות כגון פיזור נייטרונים בזווית קטנה, הד ספין נייטרונים, עקיפה ופיזור קשיח. בניגוד לטכניקות פיזור נייטרונים המקבלות מידע במרחב הגומלין, דימות נייטרונים מבוסס הנחתה מודד אות בחלל האמיתי שנפתר בסדר גודל של עשרות מיקרומטרים. עקרון דימות הנייטרונים עוקב אחר חוק באר-למברט ומבוסס על מדידת הנחתת נייטרונים בתפזורת באמצעות דגימה. הנחתה גדולה יותר מוצגת על ידי כמה יסודות אור (בעיקר, מימן), שהם מרכיבים עיקריים של דגימות ביולוגיות. ניתן להשתמש בחומרי ניגוד כגון דאוטריום, גדוליניום או תרכובות ליתיום כדי לשפר את הניגודיות באופן דומה לזה שנעשה בדימות רפואי, כולל טכניקות כגון הדמיה אופטית, דימות תהודה מגנטית, צילומי רנטגן וטומוגרפיית פליטת פוזיטרונים. עבור מערכות ביולוגיות, רדיוגרפיה של נייטרונים וטומוגרפיה ממוחשבת שימשו יותר ויותר כדי לחקור את המורכבות של רשת שורשי הצמח התת-קרקעית, את האינטראקציה שלה עם קרקעות, ואת הדינמיקה של שטף מים באתרו. יתר על כן, נבדקו מאמצים להבין פרטים מנוגדים בדגימות בעלי חיים, כגון רקמות רכות ועצמות. כתב יד זה מתמקד בהתקדמות בתחום הדימות הביולוגי של נייטרונים, כגון הכנת דגימות, מכשור, אסטרטגיית איסוף נתונים וניתוח נתונים באמצעות אלומת הדמיה של כור איזוטופ בשטף גבוה CG-1D. היכולות הנ”ל יודגמו באמצעות מבחר דוגמאות בפיזיולוגיה של הצמח (מערכת צמחים/שורשים/קרקע עשבונית) וביישומים ביו-רפואיים (חולדה, עצם הירך וריאה של עכבר).
Introduction
עקרון רדיוגרפיית הנייטרונים (nR) מבוסס על החלשת נייטרונים דרך החומר שהם חוצים. בניגוד לקרני רנטגן המפוזרות על ידי ענן אלקטרונים של אטום, נייטרונים יכולים להיבלע או להתפזר בגרעין שלו. נייטרונים רגישים ליסודות קלים, כגון מימן (H), ולכן יכולים לשמש לצילומי רנטגן של יישומים ביולוגיים כגון בעלי חיים 1,2,3,4,5,6,7 או רקמות אנושיות 8,9 ומערכות קרקע/שורשים מתחת לפני הקרקע 10,11,12,13,14 ,15. דימות נייטרונים הוא טכניקה משלימה לדימות רנטגן, המסוגל לזהות יסודות כבדים16,17,18. nR מבוסס הנחתה נשלט על ידי מקדמי הנחתה ליניאריים של החומרים בתוך הדגימה ועל ידי עובי הדגימה, כפי שמתואר בחוק באר-למברט, הקובע כי הקרן המועברת עומדת ביחס ישר לכמות החומר ואורך הנתיב דרך החומר. לפיכך, ניתן לחשב את ההעברה, T, כ:
(1)
כאשר I0 ואני , בהתאמה, האירוע ועוצמות הקרן המשודרת; μ ו – x הם מקדם ההנחתה הליניארי ועובי המדגם ההומוגני, בהתאמה. מקדם ההנחתה μ ניתן על ידי:
(2)
כאשר σ הוא חתך הנחתת הנייטרונים של הדגימה (הן פיזור והן בליעה), ρ הוא צפיפותה, NA הוא המספר של אבוגדרו, ו-M הוא המסה המולרית שלו.
הניגודיות ברדיוגרפיה של דגימות ביולוגיות המשתמשות בנייטרונים בעלי אנרגיה נמוכה (כלומר, אנרגיות מתחת ל-0.5 eV) נובעת בעיקר משינוי בצפיפות H (עבור עובי מדגם קבוע). זאת בשל ההסתברות לאינטראקציה של נייטרון עם גרעין H, שהיא גדולה יותר מאשר עם גרעינים אחרים הנמצאים בדגימות ביולוגיות, והעובדה כי צפיפות אטום H היא בעלת חשיבות עליונה מכיוון שהוא האטום הנפוץ ביותר בדגימות ביולוגיות.
מאז השלבים המוקדמים שלה, nR וטומוגרפיה ממוחשבת נויטרונים (nCT) שימשו באופן נרחב עבור חומרים ויישומים הנדסיים 19,20,21,22,23. ניסויי ההדגמה הראשונים של רגישות נייטרונים ל-H בדגימות ביולוגיות החלו באמצע שנות ה-50 שלהמאה ה-24 עם מדידות של דגימות צמחים. העבודה נמשכה לאורך שנות השישים עם, למשל, רדיוגרפיה של חזה אנושי25 או חולדות26, שבו נחקר השימוש בחומרי ניגוד, כגון תחמוצת גדוליניום (Gd2O3). יתר על כן, הועלתה השערה כי הניגוד ברקמת גידול אנושית לעומת רקמה רגילה נבע מעלייה מקומית בתכולת H. במהלך ניסויים ראשוניים אלה, הגיע למסקנה כי שטף נייטרונים מוגבר ורזולוציה מרחבית ישפרו את איכות nR וככל הנראה יגבירו את הפופולריות שלו כטכניקה משלימה ליישומים תעשייתיים או ביו-רפואיים. המחקרים האחרונים כוללים מדידות nR ו-nCT שבוצעו על דגימות רקמה סרטנית1 ומקטעים של איברי בעלי חיים 2,3,27 עבור יישומים ביו-רפואיים ופורנזיים.
ממוקם במעבדה הלאומית אוק רידג ‘, אוק רידג ‘, טנסי, כור איזוטופ שטף גבוה (HFIR) הוא מקור נייטרונים רב עוצמה המייצר נייטרונים על ידי תגובת ביקוע. לנייטרונים אלה יש אנרגיות בסדר גודל של 2 MeV והם “מקוררים” בבריכת הכור על ידי תגובות קינטיות עם מים כבדים כדי להגיע לאנרגיות בסדר גודל של 100-300 eV. האופטימיזציה של ניסוי נייטרונים, בין אם פיזור או הדמיה, מתחילה בהבנת מקור הנייטרונים ותכונות קו האלומה כגון עוצמת הקרן שלו, פיזור האנרגיה והשפעת הרקע (נייטרונים מהירים, נייטרונים מושהים, קרני גמא). באולם ההדרכה הקר HFIR שבו ממוקמת אלומת ההדמיה, נייטרונים “מקוררים” עוד יותר על ידי אינטראקציות קינטיות עם מנחה H נוזלי. לאחר מכן הם מועברים במערכת מנחה מעוקלת הרחק מקו הראייה של המקור, ובכך מבטלים נייטרונים מהירים וזיהום גמא. כפי שמודגם באיור 1, אלומת דימות נייטרונים CG-1D28,29 ממוקמת על מדריך קר, מה שמרמז על כך שטווח אנרגיית הנייטרונים משתנה בין meV בודדים לכמה עשרות eV (במקרה זה, אורך גל הנייטרונים השמיש המתאים נע בין 0.8 ל-10 Å) עם שטף בטווח של 107 n/(cm2∙s) במיקום המדגם. מערכת צמצם/דיפיוזר ממונעת מגדירה את גיאומטריית חור הסיכה של מכשיר ההדמיה. נייטרונים נעים מרחק של 6.59 מטרים בצינור טיסה מלא הליום (He) עם חלונות אלומיניום (Al) בכל קצה. צינורות טיסה משמשים להובלת נייטרונים תוך הגבלת פיזור האוויר כך שהאובדן בעוצמת הקרן הוא מינימלי. עבור המדידות המתוארות בכתב יד זה, הדיפיוזר עשוי מננו-אבקה בעובי 1 מ”מ 50 ננומטר (Al2O3) עטופה במיכל אל. המפזר מפחית את תוצרי הקרן המגיעים ממדריך הנייטרונים (המוגדלים על ידי גיאומטריית חור הסיכה של קרן הדמיה), אחרת ניתן לראות תנודות חדות בעוצמה אופקית ואנכית בצילום הרנטגן והנורמליזציה של הנתונים הופכת למאתגרת. עבור הניסויים המודגמים כאן, נייטרונים מומרים לאור באמצעות ליתיום-6 פלואוריד/אבץ סולפיד זרחן בעובי 25 מיקרומטר (6LiF/ZnS:Ag).
מיטוב ההתנגשות תלוי במיקום הדגימה לגלאי, ברזולוציה המרחבית הנדרשת ובזמן הרכישה. כאשר הדגימה יושבת במרחק של כמה סנטימטרים מהנצנצים, התנגשויות גבוהות (L/D מעל 800, כאשר L הוא המרחק מפתח הצמצם של חור הסיכה בקוטר, D והגלאי) מניבות רזולוציה מרחבית טובה יותר במחיר שטף נייטרונים. התנגשות נמוכה (L/D מתחת ל-800) עדיפה למחקרים דינמיים באתרם כאשר רזולוציית הזמן גוברת על הרזולוציה המרחבית. עבור המדידות המתוארות בכתב יד זה, L/D ורזולוציה מרחבית היו בערך 355 ו 75 מיקרומטר, בהתאמה. הרזולוציה הטמפורלית השתנתה בהתאם ליחס אות לרעש (SNR). הדגימה מוקמה קרוב ככל האפשר למנצנץ כדי להפחית עיוותים גיאומטריים כגון טשטוש. שלבי תרגום וסיבוב זמינים כדי להגדיר את הדגימה קרוב לגלאים ולבצע טומוגרפיה ממוחשבת (CT). CG-1D מציע שלושה סוגים של גלאים: התקן מצומד טעינה (CCD) עם 2048 פיקסלים x 2048 פיקסלים עם גובה פיקסלים של 13.5 מיקרומטר, גלאי מוליכים למחצה משלימים מדעיים של תחמוצת מתכת (sCMOS) עם 2560 פיקסלים x 2160 פיקסלים עם גובה פיקסלים של 6.5μm, וגלאי צלחת מיקרו-ערוץ (MCP)30,31 עם 512 פיקסלים x 512 פיקסלים עם גודל פיקסל של 55μm. נייטרונים מפוזרים נספגים בגומי בור בעובי ~5 מ”מ כדי להגן על שבב הגלאי מפני ראיית נייטרונים. ספיגה זו יוצרת קרני גמא שניתן לעצור על ידי עופרת (Pb) הממוקמת בין גומי הבור לבין הגלאי. כל גלאי מותאם לשדה ראייה שונה (FOV) וכן לרזולוציות מרחביות וזמן. עבור מדידות עצם הירך של החולדה וריאות העכבר, גלאי CCD נוצל בשל יכולת ה-FOV הגדולה שלו (~ 7 ס”מ x 7 ס”מ) ורזולוציה מרחבית סבירה של כ-75μm. nCT של מערכת שורש / קרקע הצמח בוצע עם sCMOS, שכן המטרה הייתה לרכוש nCTs מהר ככל האפשר במחיר של FOV (אשר היה מוגבל ~ 5 ס”מ x 4.2 ס”מ); לפיכך, הרזולוציה המרחבית כנראה נפגעה. בגלאים אלה, נייטרונים מומרים לאור או לחלקיק אלפא למטרות גילוי. סיבוב הדגימה סביב הציר האנכי שלה וקבלת צילומי רנטגן בזוויות סיבוב עוקבות מאפשר רכישת nCT. המודל התלת-ממדי של הדגימה הנחקרת מתקבל על ידי שימוש במחשב נייד מבוסס פיתון iMARS3D Jupyter filtered-back-projection (FBP), pyMBIR או תוכנה מסחרית, כולם מתוארים להלן.
לבסוף, נייטרונים שלא קיימו אינטראקציה עם הדגימה או עם הגלאי נאספים במצב עצירת קרן במרחק של כ-1 מ’ במורד הזרם ממערכת הגלאים כדי למזער רעשי רקע. מעצור הקרן CG-1D הוא ברוחב 0.75 מ’, בגובה 0.5 מ’ ובעובי 35 מ”מ ועשוי אפוקסי B4C. מעצור הקרן מחוזק ב-10 מ”מ של ליתיום קרבונט מועשר 95% (6 Li2CO3) באפוקסי עמיד באש שבו פוגעת קרן הניטרונים, עם חלל מרופד ב-6Li, עופרת (Pb) ופלדה שתוכננו להכיל את הקצב הגבוה של קרני גמא משניות. מעצור הקורה מחובר ישירות לקיר מיגון הפלדה של קו הקורה. תצלום של אלומת CG-1D מוצג באיור 2.
שלוש תוכנות שחזור שימשו לשחזור שלושת נתוני הניסוי בתלת-ממד, בהתאמה. שחזור דגימת הריאה של העכבר בוצע באמצעות Octopus32, תוכנת שחזור מסחרית המשתמשת ב-FBP. תוכנת תמנון יושבת על מחשב שרת וניתן להשתמש בה כדי לשחזר נתונים שנאספו בקו האלומה. תוכנת שחזור, בשם iMARS3D, זמינה ב-CG-1D. הוא מבוסס על קוד הקוד הפתוח TomoPY33 עם תכונות נוספות כגון תיקון הטיה אוטומטי, מסננים לאחר עיבוד וכו ‘. iMARS3D כולל עיבוד מראש של הנתונים (חיסור הרקע והרעש), חיתוך, סינון חציוני (לתיקון מכות גמא ופיקסלים מתים), תיקון תנודות אוטומטי בעוצמת הקרן ותיקון הטיית דגימה. לאחר יצירת סינוגרמות, עיבוד נתונים נוסף כגון הסרת טבעת והחלקה הם אופציה. השלבים השונים של השחזור נשמרים בשרת הניתוח (ולאחר מכן מועברים בתיקייה המשותפת של ההצעה), ואילו הפרוסות הדו-ממדיות הסופיות מאוחסנות מיד בתיקייה המשותפת של ההצעה. עצם הירך של החולדה שוחזרה באמצעות iMARS3D. דגימת שורש / קרקע הצמח עובדה מראש על ידי סינון חציוני של הנתונים באמצעות TomoPY ואחריו תיקון ציר הטיה באמצעות ספריית SciPy של Python. השחזור בוצע באמצעות חבילת פיתון שפותחה בתוך החברה ונקראת – pyMBIR (שנבנתה באמצעות גרעינים מארגז הכלים ASTRA34) המיישמת חבילה של אלגוריתמים טומוגרפיים מה-FBP הבסיסי ועד טכניקות שחזור איטרטיביות מתקדמות מבוססות מודל35 שיכולות לקבל שחזורים באיכות גבוהה ממערכי נתונים נייטרונים דלילים ורועשים במיוחד. כל הכרכים המעובדים המבוססים על כלי השחזור הנ”ל מיוצגים בניגודיות הנחתה. כל ההדמיות בוצעו באמצעות חבילת התוכנה להדמיה מסחרית, סגמנטציה וניתוח נתונים AMIRA36.
כתב יד זה נועד להדגים את הליך השימוש בדימות נייטרונים (nR ו-nCT) בקו הקרן HFIR CG-1D. מחקר זה גם ממחיש את יכולות ה-nR וה-nCT המתקדמות כיום עבור דגימות ביולוגיות, במיוחד ריאה של עכבר, עצם חולדה ומערכות שורש/קרקע של צמחים. ריאה של עכבר נבחרה כדי להמחיש את המשלימות של נייטרונים למדידת רקמת הריאה, בעוד שצילומי רנטגן רגישים בעיקר לעצמות. בדגימת העצם, עצם הירך של חולדה, היה שתל טיטניום (Ti), ובכך המחיש את הניגוד בין העצם למתכת, ואת ההזדמנות לראות את ממשק העצם/מתכת (שקשה למדוד בקרני רנטגן מכיוון שמתכות מחלישות אותןבחוזקה 4). לבסוף, מערכת המים של שורש הצמח מדגימה את היכולת התלת-ממדית (3D) של nCT למדוד מערכות שורש/קרקע באתרן. זה גם מראה את היתרונות / חסרונות של שימוש nR עבור דגימות ביולוגיות. ככל הנראה, שיטה זו יכולה לשמש בבטחה למדידת דינמיקת מים במערכת שורשי הצמח, אך אינה יכולה להיחשב כטכניקת הדמיה חיה או אנושית בשל הסיכונים הכרוכים בחשיפה לקרינה, ובכך להגביל את המחקרים לעכברים (מתים) או למדידות דמויות פתולוגיה שבהן, למשל, דגימת רקמה נלקחת ממטופל (חיה או אדם) ומוכנה על ידי קיבוע לפני שהיא נמדדת בקרן נויטרונים.
Protocol
Representative Results
Discussion
רדיוגרפיה של נייטרונים ו-CT של דגימות ביולוגיות הן טכניקות הדמיה מבטיחות המשלימות את דימות קרני הרנטגן או דימות תהודה מגנטית. השלבים הקריטיים בביצוע ניסוי הדמיה של דגימה ביולוגית קשורים להכנתה ולבלימתה בקו האלומה. אופטימיזציה של ניסוי מונעת על ידי השאלה המדעית שיש לענות עליה. אם השאלה המדעית דורשת רזולוציה מרחבית גבוהה כדי לצפות בתופעה, אז נדרשים זמני רכישה ארוכים, והחיסרון של nCT (עם שדה ראייה בגודל ס”מ) הוא שלוקח שעות לבצע סריקה. זה נובע בעיקר מההבדל בשטף הנייטרונים הכולל הזמין בכור בהשוואה למקור סינכרוטרון, שבו סריקות CT רנטגן יכולות להימשך שניות עד דקות עבור שדה ראייה של כמה מ”מ2 . למרות שניתן ליישם את השיטה על דגימות רקמה ex vivo שהופקו מבעלי חיים, לא ניתן להרחיב אותה in vivo לבעלי חיים או לבני אדם בשל הסיכון לחשיפה לקרינה (כגון קרני גמא המיוצרות על ידי נייטרונים ואינטראקציות נייטרונים עם האטומים בדגימה). אולם הוא מתאים היטב להדמיה של אינטראקציות שורשים/קרקע של צמחים (איור 7), כגון דינמיקת ספיגת מים.
היתרון בשימוש ב-nCT מהיר לדינמיקה של צמחים הוא הרגישות ל-H במים והיעדר נזקי קרינה לצמח, בניגוד ל-CT רנטגן. יתר על כן, ניתן לראות ניגודיות ייחודית משימוש בנייטרונים בדגימות עצם/מתכת כגון עצם הירך של חולדה, שם המתכת שקופה יחסית בהשוואה לרקמות הסובבות אותה (איור 5), מה שעשוי להימנע מממצאים מתכתיים הנגרמים על-ידי CT39 של קרני רנטגן. רקמות של בעלי חיים, כמו למשל ריאה של עכבר (איור 6), מראות זיהוי מרשים של מבנה הרקמה הרכה מאחר שניטרונים רגישים ל-H, אולם רזולוציה מרחבית היא במידה מסוימת הגורם המגביל במדידות האלה. הניגודיות מסופקת על ידי אטומי H הנמצאים בדגימות ביולוגיות19,39.
עם ההתקדמות של טכניקות חדשניות כגון אינטרפרומטריה של גרידת נייטרונים, והשיפור ברזולוציה המרחבית (כמה מיקרונים דווחו לאחרונה42,43), דימות נייטרונים עשוי להציע מנגנוני ניגוד חדשים לרקמות ביולוגיות עם רזולוציה מרחבית משופרת. חקר נייטרונים בעלי אנרגיה גבוהה יותר (כדי לאפשר מדידות של דגימות עבות) מבטיח גם את היכולת למדוד חלקים גדולים יותר של רקמת בעלי חיים כגון עכבר שלם, ובכך מציע אפשרויות חדשות למחקר ביו-רפואי.
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
חלק ממחקר זה השתמש במשאבים בכור איזוטופים בשטף גבוה, המופעל על ידי ORNL, ובחסות משרד האנרגיה של ארה”ב, משרד המדע ומתקני משתמש, תחת חוזה DE-AC05-00OR22725 עם UT-Battelle, LLC. חלק ממחקר זה נתמך על ידי ORNL באמצעות תוכנית מלגות הצוות המצטיין של יוג’ין ויגנר. מחקר זה מומן גם על ידי משרד המדע של DOE, המשרד למחקר ביולוגי וסביבתי. דגימות עצם הירך של חולדות נלקחו מניסויים שבוצעו בשיתוף פעולה עם ד”ר ריק סאמנר במרכז הרפואי האוניברסיטאי ראש במימון שהתקבל מה-NIH (R01AR066562) ומקרן המחקר והחינוך האורתופדי-סמית ואחיינו. הצוות מבקש להודות לצוותי התמיכה של HFIR המאפשרים שימוש באלומות פיזור נייטרונים.
Materials
| Aluminum containers | custom | Made from aluminum plates or tubing (alternate is quartz), plant and mouse sample | |
| Aluminum foil | Fisher | 01-213-100 | Mouse lung sample containment |
| Deionized water or deuterium oxide | Water or D2O can be used to enhance contrast, plant sample | ||
| Ethanol | Fisher | 04-355-223 | Mouse lung sample |
| Gauze sponges | CardinalHealth | Fully submerged in phosphate-buffered saline (PBS) and used to wrap samples, rat femur sample | |
| Growth chamber | Conviron | A1000 | Any growth chamber or greenhouse with controlled conditions would work, plant sample |
| Laboratory balance | Weighing plant system can be used to measure actual water content in the soils, plant sample | ||
| Pure silica sand | US Silica Co. | Flint#13 | Pure SiO2 provides low neutron attenuation compared to soils, plant sample |
| Sprague-Dawley Rats | Harlan | Order Code: 002-US | Rat femur sample |
| Titanium Rod | Goodfellow | TI007905 | Rat femur sample |
参考文献
- Cekanova, M., Donnell, R., Bilheux, H., Bilheux, J. -. C. Neutron imaging: Detection of cancer using animal model. Proceedings of the 2014 Biomedical Sciences and Engineering Conference – 5th Annual ORNL Biomedical Sciences and Engineering Conference: Collaborative Biomedical Innovations – The Multi-Scale Brain: Spanning Molecular, Cellular, Systems, Cognitive, Behaviour. , (2014).
- Bilheux, H. Z., et al. Neutron imaging a. The Oak Ridge National Laboratory: Application to biological research. Proceedings of the 2014 Biomedical Sciences and Engineering Conference – 5th Annual ORNL Biomedical Sciences and Engineering Conference: Collaborative Biomedical Innovations – The Multi-Scale Brain: Spanning Molecular, Cellular, Systems, Cognitive, Behaviour. , (2014).
- Bilheux, H. Z., et al. A novel approach to determine post mortem interval using neutron radiography. Forensic Science International. 251, (2015).
- Isaksson, H., et al. Neutron tomographic imaging of bone-implant interface: Comparison with X-ray tomography. Bone. 103, 295-301 (2017).
- Le Cann, S., et al. Characterization of the bone-metal implant interface by Digital Volume Correlation of in-situ loading using neutron tomography. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 75, 271-278 (2017).
- Burca, G., et al. Exploring the potential of neutron imaging for life sciences on IMAT. Journal of Microscopy. 272 (3), 242-247 (2018).
- Metzke, R. W., et al. Neutron computed tomography of rat lungs. Physics in Medicine and Biology. 56 (1), 1-10 (2011).
- Altieri, S., et al. Neutron autoradiography imaging of selective boron uptake in human metastatic tumours. Applied Radiation and Isotopes. 66 (12), 1850-1855 (2008).
- Altieri, S., Bortolussi, S., Bruschi, P., Pedroni, P., Zonta, A. Neutron radiography of human liver metastases after BPA infusion. Proceedings of 11th World congress on Neutron Capture Therapy. , (2004).
- Holz, M., Zarebanadkouki, M., Kaestner, A., Kuzyakov, Y., Carminati, A. Rhizodeposition under drought is controlled by root growth rate and rhizosphere water content. Plant and Soil. 423 (1-2), 429-442 (2018).
- Esser, H. G., Carminati, A., Vontobel, P., Lehmann, E. H., Oswald, S. E. Neutron radiography and tomography of water distribution in the root zone. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 173 (5), 757-764 (2010).
- Warren, J. M., et al. Neutron imaging reveals internal plant water dynamics. Plant and Soil. 366 (1-2), (2013).
- Dhiman, I., et al. Quantifying root water extraction after drought recovery using sub-mm in situ empirical data. Plant and Soil. 424, 73-89 (2018).
- Kroener, E., Zarebanadkouki, M., Kaestner, A., Carminati, A. Non-equilibrium dynamics of rhizosphere. Water Resources Research. 50 (8), 6479-6495 (2014).
- Moradi, A. B., et al. Three-dimensional visualization and quantification of water content in the rhizosphere. New Phytologist. 192 (3), 653-663 (2011).
- Banhart, J., et al. X-ray and neutron imaging – Complementary techniques for materials science and engineering. International Journal of Materials Research. 101 (9), 1069-1079 (2010).
- LaManna, J. M., Hussey, D. S., Baltic, E. M., Jacobson, D. L. Improving material identification by combining x-ray and neutron tomography. Proceedings 10391, Developments in X-Ray Tomography XI. 1039104, (2017).
- Tengattini, A., et al. NeXT-Gremoble, the Neutron and X-ray tomograph in Grenoble. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 968, 163939 (2020).
- Bilheux, H. Z., McGreevy, R. L., Anderson, I. S. . Neutron Imaging and Applications. , (2009).
- Zhang, P., Wittmann, F. H., Zhao, T. J., Lehmann, E. H., Vontobel, P. Neutron radiography, a powerful method to determine time-dependent moisture distributions in concrete. Nuclear Engineering and Design. 241 (12), 4758-4766 (2011).
- Lobo, R. M., Andrade, A. H. P., Castagnet, M. Hydride embrittlement in zircaloy components. Inac 2011 Int Nucl.Atlantic Conference. , 1-6 (2011).
- Kardjilov, N., et al. New trends in neutron imaging. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 605 (1-2), 13-15 (2009).
- Schillinger, B., et al. Detection systems for short-time stroboscopic neutron imaging and measurements on a rotating engine. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 542 (1-3), 142-147 (2005).
- Thewlis, J. Neutron Radiography. British Journal of Applied Physics. 7, 345-350 (1956).
- Anderson, J. Neutron Radiography in Man. British Journal of Radiology. 37, 957-958 (1964).
- Brown, M., Parks, P. B. Neutron radiography in biologic media: techniques, observations, and implications. American Journal of Roentgenology. 106 (3), 472-485 (1969).
- Metzke, R. W., Runck, H., Stahl, C. A., Schillinger, B., Calzada, E. Neutron computed tomography of rat lungs. Physics in Medicine and Biology. 56 (1), 1-10 (2011).
- Crow, L., et al. The CG1 instrument development test station at the high flux isotope reactor. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 634 (1), 71-74 (2011).
- Santodonato, L., et al. The CG-1D neutron imaging beamline at the Oak Ridge National Laboratory High Flux Isotope Reactor. Physics Procedia. 69, 104-108 (2015).
- Tremsin, A. S., et al. Improved efficiency of high resolution thermal and cold neutron imaging. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 628 (1), 415-418 (2011).
- Tremsin, A. S., Vallerga, J. V., McPhate, J. B., Siegmund, O. H. W. Optimization of high count rate event counting detector with microchannel plates and quad Timepix readout. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 787, 20-25 (2015).
- Vlassenbroeck, J., et al. Software tools for quantification of X-ray microtomography at the UGCT. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 580 (1), 442-445 (2007).
- Gürsoy, D., De Carlo, F., Xiao, X., Jacobsen, C. TomoPy: A framework for the analysis of synchrotron tomographic data. Journal of Synchrotron Radiation. 21 (5), 1188-1193 (2014).
- Pelt, D. M., et al. Integration of TomoPy and the ASTRA toolbox for advanced processing and reconstruction of tomographic synchrotron data. Journal of Synchrotron Radiation. 23 (3), 842-849 (2016).
- Venkatakrishnan, S. V., Cakmak, E., Billheux, H., Bingham, P., Archibald, R. K. Model-based iterative reconstruction for neutron laminography. Conference Record of 51st Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, ACSSC 2017. , (2018).
- Stalling, D., Westerhoff, M., Hege, H. C. Amira: A highly interactive system for visual data analysis. Visualization Handbook. 1, 749-767 (2005).
- Grünzweig, C., Frei, G., Lehmann, E., Kühne, G., David, C. Highly absorbing gadolinium test device to characterize the performance of neutron imaging detector systems. Review of Scientific Instruments. 78 (5), 1-4 (2007).
- Schindelin, J., et al. Fiji: An open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
- Meagher, M. J., Parwani, R. N., Virdi, A. S., Sumner, D. R. Optimizing a micro-computed tomography-based surrogate measurement of bone-implant contact. Journal of Orthopaedic Research. 36 (3), 979-986 (2018).
- Dalesio, L. R., et al. The experimental physics and industrial control system architecture: past, present, and future. Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A. 352 (1-2), 179-184 (1994).
- Bilheux, J., Lin, J. Y. Y., Bilheux, H. Z. Jupyter notebooks for neutron radiography data processing and analysis. Neutron Radiography-WCNR-11. 15, 198-204 (2020).
- Trtik, P., et al. Improving the spatial resolution of neutron imaging at Paul Scherrer Institut – The Neutron Microscope Project. Physics Procedia. 69, 169-176 (2015).
- Morgano, M., et al. Unlocking high spatial resolution in neutron imaging through an add-on fibre optics taper. Optics Express. 26 (2), 9-12 (2018).
