런던의 자연사 박물관(NHM)은 표본의 엑스레이 CT 스캔을 자동화하는 세계에서 몇 안 되는 박물관 중 하나입니다. 최근에는 모든 대륙의 박물관과 협력하면서 자문을 제공해본 경험이 풍부한 글로벌 니콘 코퍼레이션 산하의 니콘 메트롤로지로부터 두 번째 CT 스캐너를 납품받았습니다.
최신 니콘 XTH225 ST 시스템에는 10 스테이션 샘플 자동 로더가 장착되어 있습니다. 이 방식에서는 샘플 랙이 캐비닛 내부에서 로드되고, 시스템의 내장 매니퓰레이터가 자동으로 샘플을 스캐닝 턴테이블에 로드하거나 완료 시 회수할 수 있습니다. NHM가 진행 중인 이니셔티브의 목적은 박물관의 여러 부서 및 분야에서 근무하는 연구원을 지원하는 것에 그치지 않고, 인공물, 동물, 식물, 화석, 암석 및 운석을 포함한 방대한 샘플 컬렉션의 비파괴/비침습적 검사와 디지털화 작업의 속도를 끌어올리는 것입니다. 다양한 유형의 동물 샘플이 골격의 형태학적 비교와 같은 정밀 조사를 거치게 됩니다. 이는 인간의 관찰에 의한 변수를 만들지 않으면서 컴퓨터 분석을 통해 얻어지는 정확하고 반복 가능한 결과로 진화경향성 연구를 지원할 수 있는 간편한 방법입니다. 예를 들어, 산호(움직이지는 않지만 동물로 분류됨)의 경우 지구온난화 관련 연구의 일부로서 정기적으로 스캔됩니다. 또한 많은 산업 분야의 고객들이 배터리, 적층 제조(AM) 방식으로 생산된 부품, 벌집 구조 등과 같은 샘플의 비파괴 3D 분석을 위해 XTH225 ST를 사용하고 있습니다. 산업 고객은 해당 시스템의 처리량 가운데 약 20%를 차지하며, 이는 박물관의 연간 수익에 기여합니다. 데이터 수집 프로세스는 NHM의 표본 컬렉션에 대한 이미징 작업을 가속화하여 데이터베이스를 표본의 외부 및 내부 형상을 모두 재현한 3D 디지털 모델로
더 빨리 채울 수 있도록 합니다. 그 결과 전 세계의 여러 연구원, 보존자, 학계, 기업 및 일반 대중과 정보를 보다 신속하게 공유할 수 있게 됩니다.
기기에 내장된 취급 장비를 사용하여 스캔할 항목을 자동으로 로드할 수 있는 기능은 저희가 이 마이크로 CT 스캐너 구매를 결심하게 만든 결정적인 장점입니다. -박물관의 마이크로 CT 실험실 관리자, 빈센트 페르난데스(Vincent Fernandez) 박사
“저희는 또한 장비 신뢰성과 이미징 품질의 향상이 필요하다고 느끼고 있었습니다. 우리 박물관의 시스템은 연중무휴로 24시간 운영되는 경우가 많습니다. 지난 2008년에 니콘에서 구입해서 지금까지 사용하던 225kV 마이크로 CT 시스템은 현재 유럽 소재의 한 산업체에서 여전히 잘 사용되고 있습니다.” 그는 또한 NHM이 도입한 자동화 장비가 내부 랙의 각각 직경이 5cm 정도인 10개의 샘플 지지대에 올려놓을 수 있을 만큼 충분히 작은 품목에 대한 무인 검사에 광범위하게 사용되고 있다고 전했습니다. 어떤 CT 시스템이든 스캔 시간이 길어야 최상의 결과가 보장됩니다. 바로 이 부분에서 샘플 자동 로딩의 장점이 돋보입니다. 야간과 주말에도 샘플당 최대 2시간까지 무인 스캔 시간을 할당할 수 있으므로 처리량을 극대화하면서도 최상의 분해능을 얻을 수 있습니다. 그러나 산업 응용 분야에서 일반적으로 요구되듯 더 높은 속도와 처리량을 위해 최대 해상도를 어느 정도 희생시킨다면, 시스템은 3D 스캐닝 및 재구성 작업을 2분 이내에 완료할 수 있습니다.
런던 자연사 박물관의 엑스레이 마이크로 CT실에 새로 설치된 니콘 XTH225 ST 시스템.
XTH225 ST의 최대 시야각은 42.75 x 42.75cm이고(오프셋 CT 사용 시에는 85.5 x 85.5cm) 최대 70cm 높이의 샘플을 로드할 수 있습니다. 이러한 대형 샘플은 수동으로 턴테이블에 직접 장착되고, 높이가 긴 샘플은 여러 장의 스캔을 스티칭하거나 X.tend 나선형 스캔 소프트웨어를 사용하여 수직의 콘빔 아티팩트가 없는 한 장의 대형 이미지를 생성함으로써 디지털화가 이루어집니다. 소형 샘플을 위한 자동 로딩 기능 외에도, 니콘이 최근 독자 개발한 Rotating Target 2.0 역시 스캐닝 생산성을 높여주는 요소입니다. 정적인 스캔 타겟에 조사할 수 있는 전력의 한계는 재료의 열방출 특성에 따라 결정됩니다. 전력이 과하면 타겟을 녹여서 초점을 잃게 됩니다. 니콘의 회전식 타겟은 타겟을 물로 냉각하면서 6,000rpm으로 회전시켜 주변 트랙으로 열을 분산시킴으로써 이 문제를 해결했으며, 엑스레이 출력이나 해상도를 3배까지 높일 수 있습니다. 타겟을 회전시키는 기능은 스캔 속도를 크게 증가시키거나 똑같은 출력에서 정적인 타겟보다 더 작은 초점 크기를 구현하는 용도로 활용할 수 있습니다. 회전하는 타겟은 별도의 냉각기 없이도 450와트에서 장시간 스캔이 가능합니다. 이러한 수준의 전력이 8백만 화소에 16비트인 최신형 검출기와 결합되면, 최대 해상도에서는 15fps, 또는 2 x 2픽셀로 비닝 시에는 30fps의 데이터 획득 속도를 실현할 수 있습니다. 위와 같은 이유에서, 페르난데스 박사는 시스템을 사용하는 대부분의 시간 동안 타겟을 회전 상태로 유지하는 편입니다. 하지만 이 시스템에는 더 작은 초점 크기가 필요한 경우를 위해 쉬운 교체가 가능한 3미크론 수준의 정적인 타겟과 1미크론 수준의 투과 타겟이 함께 제공되므로, 해상도를 더 높이는 것도 가능합니다. 페르난데스 박사는 투과 타겟이 “매우 작은 샘플 연구에 최적”이라고 설명합니다.
또한 이 시스템은 니콘의 독자적인 다중금속 타겟과 함께 제공됩니다. 작업자는 표준적인 텅스텐 타겟 외에도 3가지의 대안적인 재료를 선택할 수 있으며, 그 중에서도 몰리브덴은 잎사귀나 플라스틱 구성품 등의 섬세한 표본을 연구하는 데 이상적이어서 두 번째로 활용도가 높습니다. 또한 다양한 응용 분야에 따라 은이나 구리 타겟을 선택할 수도 있으며, 이 모두는 소스 튜브의 진공을 깨뜨리지 않고도 교체가 가능합니다.
이 장비는 사용이 간편하고 다양한 스캔 대상물 종류에 따라 최적의 연구를 위한 설정을 세부적으로 조정할 수 있습니다. 이번에 추가된 자동화된 표본 로딩 및 언로딩 기능 덕분에 우리는 신형 마이크로 CT 시스템을 운영하기 시작한 이래로 매월 평균 100개 항목을 스캔할 수 있었습니다.
