Synchrotron X-ray micro imaging technique was employed to non-invasively monitor the water flow inside xylem vessels in a bamboo leaf. The phase contrast X-ray images clearly visualized plant anatomy and the rise of a water front inside the vessels. Consecutive X-ray images taken for 60 seconds revealed water rise kinetics against gravity in the xylem of a cut dry leaf taken from a bamboo tree. For the first time, traces of water rise, variation of contact angle between water and xylem wall as well as the internal structure of xylem were obtained. In xylem vessels, a repeating flow pattern has a typical flow velocity of $30.7{\mu}m/s$ and faster flow is established intermittently. It is concluded that the transmission type of X-ray micro imaging can be used as a powerful tool to investigate the ascent of sap in the xylem vessels at a resolution higher than that of MRI.
As a carrier of malaria and sneak of blood, mosquitoes are regarded as an unpleasant insect. However, there are novel phenomena that happen inside a mosquito. Among them, we focused on the blood sucking function of a female mosquito. The main objective of this study was to investigate the mosquito's pumping mechanism in order to resolve the problem encountered when we inject or transport biologic fluids into a micro-chip. To analyze the pumping mechanism, we visualized the blood sucking process inside a female mosquito. Flow characteristics of blood flow in a proboscis were investigated experimentally using a micro-PIV velocity field measurement technique. The anatomical variation of head, thorax, abdomen which work as pumps and valves, was visualized using the syncrotron X-ray micro-imaging technique.
Synchrotron X-ray micro-imaging technique was employed to monitor non-invasively the refilling process of water inside the xylem vessels in bamboo leaves. The consecutive phase-contrast X-ray images clearly show both plant anatomy and the transport of water inside the xylem vessels. Traces of water-rise, vapor bubbles and variations of contact angle between the water front and the xylem wall were measured in real time. During the refilling process, air bubbles are removed when the rising water front halts at a vessel end for a while. Subsequently, it starts rising again at a higher velocity than the normal refilling speed. Repeated cavitation seems to deteriorate the refilling ability in xylem vessels. In dark environment, the water refilling process in xylem vessels is facilitated more effectively than in bright illuminated conditions. Finally, X-ray micro-imaging was famed to be a powerful, high resolution, real time imaging tool to investigate the water refilling process in xylem vessels.
Butterflies have been known to suck viscous liquids through a long, cylindrical proboscis using the large pressure difference formulated by the cyclic expansion and contraction of a muscular pump located inside their head. However, there are few studies on the liquid-feeding phenomena in a live butterfly, because it is hard to observe the internal morphological structures under in vivo condition. In this study, the dynamic motion of the pump system in a butterfly was in vivo visualized using synchrotron X-ray micro-imaging technique to analyze the liquid-feeding mechanism. The period of the liquid-feeding process is about 0.3sec. The expansion stage is about two times larger than the contraction stage in one cycle. The cyclic variation of pump volume generate large negative suction pressure and the pressure difference inside the long proboscis of a butterfly is estimated to be larger than 1atm.
Synchrotron X-ray micro imaging technique was employed to non-invasively monitor the water flow inside xylem vessels in a bamboo leaf. The phase contrast X-ray images clearly visualized plant anatomy and the rise of a water front inside the vessels. Consecutive X-ray images taken for 60 seconds revealed water rise kinetics against gravity in the xylem of a cut dry leaf taken from a bamboo tree. For the first time, traces of water rise, variation of contact angle between water and xylem wall as well as the internal structure of xylem were obtained. In xylem vessels, a repeating flow pattern has a typical flow velocity of 30.7$\mu\textrm{m}$/s and faster flow is established intermittently. It is concluded that the transmission type of X-ray micro imaging can be used as a powerful tool to investigate the ascent of sap in the xylem vessels at a resolution higher than that of MRI.
To diagnose circulatory diseases in the viewpoint of hemodynamics, we need to get quantitative hemodynamic information of blood flows related with the vascular diseases with high spatial resolution of tens micrometer and high temporal resolution in the order of millisecond. For investigating in-vivo hemodynamic phenomena, a new diagnosing technique combining medical radiography and PIV method was newly proposed and developed. This angiographic PIV technique consists of a medical X-ray tube, an X-ray CCD camera, a shutter module for double pulses of X-ray, and a synchronizer. The feasibility of the angiographic PIV technique was tested and quantitative flow velocity field distribution of a flow inside an opaque conduit was acquired by the developed system. It can be used for measuring flow phenomena of nontransparent fluids inside opaque conduits.
본 논문은 오염 수리지질학 분야에서 다공성 매질 내 용질 이동 메커니즘을 분석하기 위한 비파괴적 방법 중 하나인 이미지 분석법을 검토하였다. 일반적으로 사용되는 이미지 분석법으로는 X-ray를 활용한 X-ray 영상법, UV 또는 가시광선을 활용한 광 투과 시각화 및 광 반사 시각화가 있다. 이러한 이미지 분석법은 용질 농도 분포, 유체 흐름 역학 및 다상 시스템에 대한 정밀한 고해상도 데이터를 제공하며, 실험구성을 변경하지 않고 지속적인 모니터링을 진행함으로써 용질 이동 메커니즘에 보다 정확한 통찰력을 제공할 수 있다. 본 논문에서는 각 이미지 분석법의 개요, 적용, 장점 및 한계점을 나타내었다. 또한, 이러한 방법들이 용질의 이동을 이해하고 예측하는 데 어떠한 기여를 하고 있는지, 그리고 이러한 방법들이 적용된 연구 사례들에 대해서 논의하고자 한다. 이를 통해 이미지 분석법이 지하수 오염과 같은 환경 문제 해결에 어떻게 기여할 수 있는지에 대한 종합적인 이해를 제공하고자 한다.
The x-ray micro-imaging technique was employed to measure the size and velocity of micro-bubbles moving in an opaque tube simultaneously. Phase contrast images were obtained at interfaces of micro-bubbles between water and air due to different refractive index. Micro-bubbles of $20\~120{\mu}m$ diameter moving upward in an opaque tube $(\phi=2.7mm)$ were tested. For two different working fluids of tap water and DI water, the measured velocity of micro-bubbles is roughly proportional to the square of bubble size.
The global environment is deteriorating at an alarming rate despite of enhanced international environmental regulation. Many studies have been performed to reduce pollutants. Recently, phytoremediation, plant-based technology for the removal of toxic contaminants from soil, water, and air, has been receiving large attention. Arsenic-contaminated soil is one of the major pollutant sources fur drinking water. The fern brake (Pteris erotica) has been reported as a hyper-accumulate arsenic from soils. In this study, we investigated the arsenic absorption effect on sap flow inside xylem vessels of a fern brake. The synchrotron X-ray micro-imaging technique was employed to monitor flow inside the plant non-invasively. The captured phase-contrast X-ray images show both anatomy and transport of water inside the fern brake. The refilling process of water containing arsenic inside the xylem vessels of fern brake's leaves and stems was clearly observed. These results would provide important information needed fur understanding the mechanisms of accumulation, translocation, and transformation of toxic materials in plants.
스카른 Zn-Pb-Cu 복합광석을 구성하는 주요 구성 광물의 정량분석을 목적으로, 마이크로 포커스 X-ray 단층촬영 장비를 이용한 스카른 복합광석의 3차원 비파괴검사를 수행하였다. X-ray 단층화상의 화상결함을 감소시키고자 제안된 화상보정법을 이용하여 화상들을 보정한 후에 3차원으로 재구성하였다. 주사전자현미경(SEM)에 의한 표면분석과 보정된 X-ray 단층화상을 비교하여 주요광물에 대한 CT 값의 범위를 결정하였다. 재구성화상 내 전체 광물의 체적비율을 분석한 결과, 황화광물 20.5%, 맥석광물 79.5%로 평가되었다. X-ray 3차원 단층화상 정량분석법은 광석 내 유용광물의 부존형상과 회수율 분석에 유용하게 적용될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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