La microtomographie à rayons X des échantillons biologiques ou non biologiques permet l'analyse tridimensionnelle non destructive de ces échantillons. Cette technique est particulièrement intéressante pour l'analyse des échantillons minéralisés à structure interne complexe.

Nanoscanner

Le microtomographe retenu est le Nanotom^® Edition Recherche proposé par GE Inspection Technologie.

Objectifs

Les recherches poursuivies au sein de l'Equipement d'Excellence Ingénierie et Vieillissement des Tissus Vivants (IVTV) sont focalisées sur l'effet du vieillissement sur la réponse mécanique en relation avec la microarchitecture 3D des tissus minéralisés (tissus osseux, dents, biomatériaux).

Le nanoscanner a pour objectif d'obtenir des images en 3D pour analyses qualitatives et quantitatives de tissus minéralisés (os, dents, biomatériaux, …) sous chargement mécanique à échelle sub-micrométrique.

Exemple de résultat sur une molaire de souris

L'appareil satisfait à plusieurs critères :

1. Il est résolutif en taille de voxel, mais aussi en terme de contraste et l'outil logiciel associé permet de générer des représentations tridimensionnelles précises ainsi que des analyses qualitatives et quantitatives. Les solutions logicielles proposées permettent des mesures quantitatives du tissu osseux compatibles avec la nomenclature standard.

2. Il est polyvalent et modulable afin de s'adapter à la diversité des échantillons à analyser (taille, structure, densité, composition) et permettre l'accueil d'une machine de sollicitation mécanique.

3. Les temps d'acquisition, de traitement, et l'analyse des échantillons sont optimisés (compte tenu de la résolution et de la taille des échantillons à analyser) et adapté à une utilisation intensive du matériel.

Ces techniques d'imagerie peuvent être couplées à des systèmes de sollicitations mécaniques in situ dans le nanoscanner.

Localisation

Il est installé au rez-de-chaussée du Bâtiment G8 de l'Ecole Centrale de Lyon.

Caractéristiques techniques

Le tomographe a les caractéristiques et fonctionnalités suivantes :

• Il se présente sous la forme d'un ensemble instrumental compact dans une cabine radio-protégée respectant les normes de radioprotection en vigueur (NFC 74100). Notamment, l'appareil ne crée, en fonctionnement normal, en aucun point situé à une distance de 0,1 m de ses surfaces accessibles, un débit de dose équivalente supérieur à 1μSv/h.
• La cabine du Nanotom^® a un volume utile interne suffisant pour permettre l'utilisation de dispositifs de sollicitation mécanique afin de réaliser des essais in situ.
• Il permet l'analyse d'échantillons cylindriques de taille : hauteur de 1 mm à 12 cm, diamètre 10 cm maximum et l'acquisition des échantillons en milieu aqueux.
• Le Nanotom^® fournit une résolution submicronique (taille minimum de voxel : 0,5 µm) pour des échantillons ploymères et métalliques d'une taille inférieure au égale au mm³ et permet l'observation de pièces creuses de matériaux peu absorbants jusqu'à 10 cm de diamètre, avec une résolution inférieure à 30 µm.
• Une caméra de type webcam permet de visualiser l'intérieur de la cabine lors des scans tomographiques.
• Le source rayons X est un tube ouvert GE Phoenix nano-foyer, offrant une tension maxi de 180 kV et une puissance maxi de 15 W. La gamme de tension fonctionne entre 10 et 180 kV.
• Le manipulateur du Nanotom^® comporte 5 axes de manipulation : Y-pièce, Z-pièce, Rotation-pièce, X-détecteur, Z-détecteur.
• Le déplacement horizontal motorisé dans l'axe du faisceau à rayons X est disponible pour le porte-échantillon et le détecteur (course porte-échantillon 0-300 mm, course détecteur 200-500 mm) avec une précision inférieure ou égale à 10 µm.
• Le déplacement vertical est motorisé selon un axe perpendiculaire au faisceau à rayons X entre ± 150 mm, avec une précision inférieure ou égale à 10 µm.
• La platine de rotation est motorisée (1000 incréments par degré) avec une précision inférieure à 10 secondes d'arc.
• Le Nanotom^® inclut également un goniomètre pour fixer et scanner facilement des échantillons de diamètre inférieur à 1 mm.
• Le détecteur du Nanotom^® est un détecteur digital plat de dimensions 115 mm x 115 mm, avec une taille de pixel de 50 µm x 50 µm (matrice de 2300 x 2300 px).
• Le Nanotom^® a la possibilité de pouvoir acquérir des images plus grandes que le détecteur par translation de celui-ci (triplification de la taille du détecteur dans l'axe X).
• La distance source à rayons X / détecteur est de 500 mm maxi, permettant un grandissement géométrique de 250 fois maxi (pour un échantillon de 1 mm de diamètre).
• Le Nanotom^® est livré avec un fantôme multi-densités pour la calibration des différents niveaux de gris.
• Le Nanotom^® est associé à un système informatique (matériel + logiciels) qui permet le pilotage de la machine, l'acquisition des projections X et la reconstruction du volume avec les logiciels GE Phoenix datos|x ACQ et datos|x REC, ainsi que la visualisation des images avec le logiciel VGStudioMax de Volume Graphics. Par ailleurs, le module "Advanced Bone Analysis" du logiciel GE MicroView est aussi disponible.

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