1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国科学研究院高能物理研究所, 北京 100049
3 中国科学研究院上海同步辐射光源, 上海 201204
在惯性约束聚变实验研究中,硬X光能谱的定量诊断设备滤波荧光谱仪的核心探测元件为硬X光闪烁探测器。鉴于此,建立一种基于半导体硬X光二极管的硬X光探测器能量灵敏度校准方法,其具有快速简便的优点,量值溯源不依赖放射源强度,校准不确定度为7%。首先,利用该方法分别在硬X光机和上海同步辐射光源上实现对碘化钠和氟化钡闪烁探测器在不同能量灵敏度范围的能量灵敏度校准。其次,使用蒙特卡罗模拟程序Geant4计算两种类型探测器的理论灵敏度曲线,并与校准实验结果进行比较分析,将校准数据外推到整个能量范围(10~100 keV)。最后,将该方法应用到真空隔离片能量透过率的精密校准,低灵敏BaF2闪烁探测器的校准结果可应用于高亮度硬X光源实验的研究。
光学学报
2022, 42(11): 1134014
1 山东理工大学物理与光电工程学院, 山东 255000
2 中国科学院上海高等研究院, 上海 201204
3 新疆医科大学中亚高发病成因与防治国家重点实验室, 乌鲁木齐 830001
X射线诱导声学计算机断层成像(XACT)作为近几年来发展起来的生物医学成像手段之一, 因其具有低X射线辐射剂量、快速三维成像以及多角度可选采集等优点而受到广泛的欢迎, 在生物医学成像方面具有很大的发展潜力。本文总结了XACT的发展背景及研究进程, 并对成像原理进行了详细阐述, 然后分别对基于单元探测器、环形探测器、半球形探测器以及平面矩形探测器的四种成像模式进行了系统的介绍, 同时简单介绍了该技术在乳腺、前列腺及骨密度成像等生物医学领域中的应用。最后, 我们对该技术在X射线剂量监控、质子治疗过程监控以及与同步辐射光源结合进行多模态成像等方面做出展望。多模态成像提供的多维、多尺度的影像学信息将为相关疾病的早期发现、诊断以及治疗监控、效果评估等提供重要参考。
X射线 诱导声 断层成像 医学成像 多模态成像 X-ray induced acoustics tomography medical imaging multi-modal imaging
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201204, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Full-field x ray nano-imaging (FXNI) is one of the most powerful tools for in-situ, non-destructive observation of the inner structure of samples at the nanoscale. Owing to the high flux density of the third-generation synchrotron radiation facility, great progress is achieved for FXNI and its applications. Up to now, a spatial resolution of 20 nm for FXNI is achieved. Based on the user operation experiences over the years at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) x ray imaging beamline, we know lots of user experiments will rely on a large range of spatial resolutions and fields of view (FOVs). In particular, x ray microscopes with a large FOV and a moderate spatial resolution of around 100 nm have a wide range of applications in many research fields. Driven by user requirements, a dedicated FXNI system is designed and constructed at the SSRF. This microscope is based on a beam shaper and a zone plate, with the optimized working energy range set to 8–10 keV. The experimental test results by a Siemens star pattern demonstrate that a spatial resolution of 100 nm is achieved, while an FOV of 50 μm is obtained.
340.6720 Synchrotron radiation 340.7440 X-ray imaging 110.0110 Imaging systems 220.4830 Systems design Chinese Optics Letters
2016, 14(9): 093401
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 澳大利亚联邦科学与工业研究组织, 悉尼 NSW 1670
提取骨架是计算机断层扫描(CT)三维(3D)血管图像定量分析中的关键步骤，通常耗费数小时，直接制约了图像分析的定量研究。分析串行骨架细化算法各步骤中包含的可并行化操作，对其进行并行化设计，提出的算法通过OpenMP多线程技术实现，并采用不同大小的三维CT血管图像进行分析和测试。根据测试结果，改进后的算法获取到的骨架准确可靠，对于1.95 GB大小的三维血管图像，使用16个线程进行并行运算时，可将运算时间由176 min缩短到13 min，时间消耗上降低了一个数量级。因此，提出的方法可实现大型血管骨架的准确、高效提取，解决了大型三维图像分析问题中运算效率低这一瓶颈问题。
医用光学 三维骨架 细化 并行处理 加速比 光学学报
2015, 35(11): 1117003
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201204
2 中国科学院大学, 北京 100049
将同步辐射X射线同轴相衬显微层析(PPCT)方法应用在野山参特征结构的原位无损成像研究，并利用相位吸收二重性Paganin算法(PAD-PA)实现了同步辐射X射线PPCT实验数据的相位重建和优化处理，获得了野山参草酸钙簇晶的三维显微结构、体积大小、空间分布和数量分布等定量信息。研究结果表明，PPCT方法与相位恢复算法结合可用于如野山参草酸钙簇晶这类中药材显微结构的定量研究。
X射线光学 显微特征结构 定量显微层析 同步辐射 光学学报
2013, 33(12): 1234002
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 中国科学院南京土壤研究所, 江苏 南京 201008
探测器像元响应的不一致、光源能不稳定等因素使得计算机层析(CT)图像中含有较多的环形伪影，严重降低了图像质量，影响了图像的三维重建和量化分析，为此提出了基于极坐标变换与傅里叶变换后低通滤波的算法去除环形伪影。通过极坐标变换将直角坐标下的环形伪影转化为极坐标下的线性伪影，然后对线性伪影图像进行傅里叶变换获得频谱图像，进而设计二维低通滤波器进行滤波处理，最后通过傅里叶逆变换与坐标逆变换获得校正后的图像。利用Matlab软件，编写程序对算法进行验证，结果表明，该算法能够有效地去除环形伪影，使图像内部细节清晰可见，并且保护了图像边缘信息，提高了图像的信噪比；另外，使用该方法处理100张切片图像只需3.5 min，可满足批量处理的需求。
X射线光学 环形伪影 线性伪影 极坐标变换 傅里叶变换
1 中国科学院上海应用物理研究所上海光源先进成像及工业应用研究部, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
有机复合样品如大多数由低原子序数物质构成的多聚物组合材料、生物软组织等具有混合相位和振幅特性，采用传统吸收计算机层析(CT)或纯相位重构算法难以达到较高密度分辨的目的。采用基于吸收修正的Bronnikov相位恢复算法的X射线同轴相衬CT技术对高分子混合组份材料和药物医学样品进行了实验研究。结果表明该相位恢复算法可以实现多聚物组合材料的无损分辨和精确测量，能够清晰辨别各组份材料的电子密度分布；验证了药物样品多孔性结构三维测量的可行性，能够有效提供孔隙测量的阈值选择。该方法在材料科学尤其是聚合物组合材料、泡沫多孔材料都会发挥很好的作用；单距的低辐射优势，尤其适用于生物医学样品三维无损成像。
X射线光学 相位恢复 X射线同轴相衬计算机层析 定量密度分辨
1 中国科学院上海应用物理研究所， 上海 201204
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
研究和开发新型有机功能材料来吸附重金属离子，是解决水体重金属污染的重要途径之一。采用传统技术，很难直接观察到吸附材料中重金属离子的分布。利用同步辐射X射线能量可调谐及其较强的穿透性，采用K边减影(KES)成像技术对此问题进行了研究。通过优化实验条件和图像配准、中值滤波等图像处理，成功地将这一技术运用到有机材料吸附金属离子过程的研究中，得到了非常清晰的铜离子在聚偏氟乙烯改性高分子材料上的分布图像。研究结果表明，铜离子被吸附后进入到吸附材料的内部。通过研究还发现，样品颗粒的尺度对铜离子进入颗粒内部的深度影响不明显，单位时间铜离子吸附的质量主要受到吸附材料表面积的影响。
图像处理 X射线显微成像 K边减影(KES)成像 有机吸收材料 重金属离子吸附
中国科学院 上海应用物理研究所,上海 201800
刀口法是测量X射线探测器调制传递函数(MTF)的主要方法之一,但影响测量精度的因素很多,正确的数据处理是提高测量精度的关键。提出了一种组合数据处理方法,系统地降低了测量带来的误差,从而实现了高分辨X射线CCD调制传递函数的测量。实验前仿真调制传递函数,预测曲线走势和噪声干扰。利用自适应平均行数算法、回型窗法和哈夫变换得到刀口倾斜角来纠正MTF曲线。提出了局部曲线分析法,以定量分析曲线波动情况,消除前人视觉判断的主观误差。通过上述算法得到的MTF曲线的均方差仅为0.011,Nyquist频率误差为2.52%。
光学测量 X射线CCD 调制传递函数测量 刀口法
1 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
3 山西大同大学物电学院, 山西 大同 037009
传统的中药材显微鉴定,样品制备苛刻,加入某些试剂容易造成结构信息丢失。本文利用X射线相位衬度成像方法较为系统地研究了西洋参、高丽白参的显微结构,并对二者在草酸钙簇晶、导管、木栓细胞、韧皮部和木质部射线等显微结构方面的异同进行了详细分析。实验研究结果表明,该方法能够在无需对样品进行特殊处理的情况下,较好地实现西洋参、高丽白参的显微结构鉴定,有望成为中药材显微鉴定领域中一种简便快速的新型鉴定方法。实验还发现,西洋参和高丽白参韧皮部和木质部射线的显微结构存在很大的区别。这一显微结构有可能成为人参类贵重中药材显微鉴别中的一个新增依据。
X射线光学 显微鉴定 相衬成像 人参
