Infrastruktur Röntgen (2D und µCT)

DFG-Projekt Digitalisierungsstandards 

Entwicklung neuer Digitalisierungsstandards zur Serienerfassung von Blattnervaturmerkmalen aus Herbarsammlungen mittels Mikroradiografie

In einem 2018 abgeschlossenen DFG-Projekt war unser Ziel, zerstörungsfreie Röntgen-Methoden als Standards zur Digitalisierung von Herbarmaterial zu entwickeln, um damit ein nicht-destruktives Werkzeug für die Massenanalyse historischer Herbarbelege (z.B. für die Klimaforschung) bereit zu stellen. Dazu wurden unterschiedliche 2D- und 3D-Röntgentechniken entwickelt und miteinander verglichen. Während der Industriestandard mit HD-Speicherfolien eine Auflösung von 25 µm erlaubt, was für viele Materialprüfungsaufgaben gut geeignet ist, lassen sich hiermit die Blattnervaturen nicht hinreichend darstellen (siehe c). Mit UHD-Speicherfolien (20 µm) und entsprechenden Hard- und Software-Aufrüstungen unseres Laserscanners (Fa. Dürr) zum Auslesen der Folien mit 20 µm, 14 µm und sogar 7 µm, ließ sich aber eine bis zu 3,6x höhere Auflösung als der Industriestandard erreichen (siehe d).

Blattnervatur Radiologie
Vergleich von 2D-Radiografien und CT-Aufnahmen der Blattnervatur. – Links und Mitte: Blatt des westafrikanischen Malvengewächses (Cienfuegosia heteroclada) Maßstab 5 cm. – Rechts: CT-Aufnahmen (starke Ausschnittvergrößerungen aus digitalen Röntgennegativen der Blattnervatur der Portugiesischen Eiche (Quercus faginea) Maßstab  5 mm.

Der am häufigsten verwendete Standard lag bei 20 µm Auflösung (Folie und Auslesung). Er zeigt bei den meisten Blattnervaturen die Hauptnerven der 1. – 3. Ordnung und erlaubt die Vermessung der Länge der Leitgefäße. Fester Bestandteil der zügigen Massendigitalisierung auf Speicherfolie war dabei die standardisierte (= halbautomatische) Bildbearbeitung. Die Abbildung zeigt dafür ein Beispiel als Röntgenpositiv (links), das direkt mit konventionellen Hellfeld-Mikroskop-Präparaten verglichen werden kann, die Abbildung in der Mitte die Darstellung des Blattes als Röntgennegativ.

Konventionelle µCT-Scans (a) mit 6,25 µm Auflösung zeigen im 3D-Oberflächenmodell zahlreiche Artefakte. Diese lassen sich aber im virtuellen 2D-Röntgenbild, das aus denselben CT-Daten generiert wird, weitgehend vermeiden (b). Allerdings muss hier jeweils eine individuelle Bildnachbearbeitung durchgeführt werden. Diese virtuellen Radiografien aus CT-Datensätzen sind zwar dem Industriestandard (c) weit überlegen, die wichtigsten Details werden aber einfacher und schneller bereits als 2D-Kontaktmikroradiografien auf 20 µm-Speicherfolie erfasst, wenn diese mit 7 µm ausgelesen werden (d). Diese Anwendung war für eine Massenanalyse das  günstigste Verfahren, und die wesentlich aufwändigere µCT bleibt Spezialfällen vorbehalten.

Mit 3.583 Digitalisaten in der öffentlich zugänglichen Datenbank Cleared Leaf Image Database (www.clearedleavesdb.org) ist die senckenbergische Sammlung von Blattpräparaten die zweitgrößte weltweit.