Toepassingen

3D Modellering van ruwe diamanten op basis van micro-CT data

Reconstructie van een diamant

De stad Antwerpen kan met recht het bruisend hart van de wereldwijde diamanthandel worden genoemd. Ruwe diamanten, afkomstig uit diamantmijnen in diverse landen, worden naar Antwerpen getransporteerd om daar nauwkeurig te worden geslepen, en natuurlijk om te worden verhandeld. Het slijpen van ruwe diamanten is geen triviale zaak. Men dient eerst te bepalen in welke vorm de diamant geslepen moet worden, waarna een plan kan worden gemaakt voor de slijpprocedure. Het bepalen van de exacte vorm van de ruwe diamant speelt een cruciale rol bij het bereiken van een zo hoog mogelijke waarden van het eindproduct. De onderzoeksgroep ASTRA werkt samen met het Antwerpse bedrijf Diamcad, dat ruwe diamanten scant met behulp van X-stralen microtomografie. Uit deze scans worden drie-dimensionale modellen gemaakt van de vorm van de diamanten. Deze modellen kunnen dan worden gebruikt voor het optimaliseren van de gekozen slijpvorm. In onze reconstructie algoritmen maken we gebruik van de voorkennis dat een diamant een gekende dichtheid heeft. Door dit gegeven mee te nemen in het reconstructieproces, is het mogelijk nauwkeuriger reconstructies te bekomen en de scantijd beduidend te verkorten.

Recent werden we geconfronteerd met een lastig probleem: er was een diamant gescand die te groot was voor de scanner. De individuele X-stralenbeelden bevatten elk slechts een deel van de diamant; ze zijn a.h.w. afgekapt. In de medische tomografie noemen we dit ook wel een truncatieprobleem. In het algemeen is het niet mogelijk een object te reconstrueren uit getrunceerde X-stralenbeelden. Door de voorkennis van de dichtheid van diamant te gebruiken in onze methodes, zijn we in staat de hele diamant te reconstrueren, zelfs uit getrunceerde beelden. Voordat we de FASTRA in gebruik namen duurde het reconstrueren van een dergelijke diamant (1024x1024x1024 voxels) enkele weken. Op de FASTRA kunnen we deze berekening uitvoeren in enkele uren.

Analyse van bot voor onderzoek naar osteoporose

Femur

We werken samen met wetenschappers en bedrijven die onderzoek doen naar botaandoeningen, zoals osteoporose. Botscans afkomstig van muizen, gemaakt met X-stralen microtomografie, geven belangrijke informatie die kan worden gebruikt voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen. Door voorkennis over de dichtheid van bot te gebruiken in onze reconstructie-methoden, zijn we in staat botstructuren te reconstrueren uit veel minder X-stralenbeelden, wat resulteert in een veel kleinere schadelijke stralingsdosis voor deze muizen. De FASTRA stelt ons in staat de reconstructies in korte tijd te doen.

3D beeldvorming op de nanoschaal: elektronentomografie

Projecties van een koolstofbuisje Reconstructie van een koolstofbuisje

Elektronentomografie is een krachtige techniek voor het maken van drie-dimensionale beelden op de nanoschaal. In plaats van een X-stralentoestel wordt in dit geval gebruik gemaakt van een elektronenmicroscoop, die een reeks van beelden opneemt van een nano-structuur uit verschillende hoeken. In samenwerking met EMAT, het Instituut voor Elektronenmicroscopie van de Universiteit Antwerpen, ontwikkelen we nieuwe methoden voor het maken van drie-dimensionale beelden van nanomaterialen.

Links ziet u een reeks projectiebeelden van een zeer klein koolstofbuisje, met een doorsnede van minder dan 100nm. Deze beelden zijn opgenomen met een elektronenmicroscoop. Door onze geavanceerde reconstructietechnieken te gebruiken, zijn we in staat hoogwaardige 3-dimensionale reconstructies te bekomen (zie het beeld rechts), wat simpelweg niet mogelijk is met conventionele reconstructiemethoden.