德國Fraunhofer植物CT成像系統(tǒng)原理

  CT是用X射線束對(duì)物體某部分一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測(cè)器接收透過該層面的X射線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂螅晒怆娹D(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字，輸入計(jì)算機(jī)處理。圖像形成的處理有如對(duì)選定層面分成若干個(gè)體積相同的長(zhǎng)方體，稱之為體素 (voxel)。

  掃描所得信息經(jīng)計(jì)算而獲得每個(gè)體素的X射線衰減系數(shù)或吸收系數(shù)，再排列成矩陣，即數(shù)字矩陣。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器把數(shù)字矩陣中的每個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素 (pixel)，并按矩陣排列，即構(gòu)成CT圖像。所以，CT圖像是重建圖像。每個(gè)體素的X射線吸收系數(shù)可以通過不同的數(shù)學(xué)方法算出。

CT的工作程序是這樣的：它根據(jù)植物不同組織對(duì)X線的吸收與透過率的不同，應(yīng)用靈敏度*的儀器對(duì)植物進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量所獲取的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，就可攝下檢測(cè)區(qū)域植物組織的斷面或立體圖像，發(fā)現(xiàn)任何部位的細(xì)小變化。

德國Fraunhofer植物CT成像系統(tǒng)產(chǎn)品介紹

  人們?cè)趯?duì)植物各組織深入進(jìn)行科研時(shí)，遇到了新的疑難問題。人們研究植物種子時(shí)，很難在不破壞種子的前提下探索其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。目前上使用的很多研究種子的*技術(shù)大多是利用熒光法研究種子活力或其萌發(fā)率，這些方法能夠高通量地達(dá)到某些研究目的，但始終無法得知種皮內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)變化過程。再如，人們研究植物根系時(shí)，會(huì)遇到很多困難。傳統(tǒng)的洗根掃描法確實(shí)能夠清晰地將根系展現(xiàn)在人們眼前，但卻破壞了其原有的狀態(tài)；微根窗法能夠解決原位測(cè)量的問題，但卻不能探索土壤內(nèi)部的根系分布；因此如何能夠原位觀測(cè)土壤中的根系變化成了阻撓廣大科研工作者的難題。即便是有一種方法能夠探測(cè)到土壤中的根系變化，那土壤是否會(huì)對(duì)根系的研究產(chǎn)生干擾？此外，如果人們需要研究植物莖桿，是否存在一種無損的方法探索其內(nèi)部結(jié)構(gòu)？

  為解決這些難題，德國著名研究所推出了專門用于植物研究的CT三維成像系統(tǒng)，可對(duì)植物組織、果實(shí)、種子及土壤中的根系進(jìn)行三維成像分析，無需專業(yè)的圖像處理知識(shí)，可獲取形態(tài)學(xué)以及內(nèi)部性狀信息。

植物CT成像系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域：

  實(shí)驗(yàn)室植物CT成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于植物對(duì)植物根系、莖桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的研究?？梢詿o損地探索盆栽中不同植物的根系變化，也可以測(cè)量莖桿的3D結(jié)構(gòu)。

植物CT成像系統(tǒng)主要特點(diǎn)：

    • 適用于研究植物根系和莖桿

    • 分析軟件自動(dòng)將盆栽中的土壤和根系分離，屏蔽土壤干擾

    • 設(shè)備占地空間小，操作簡(jiǎn)單

    • 體素50µm

    • 可360度旋轉(zhuǎn)拍攝樣品

    • 同步圖像采集及3D重建

    • 設(shè)備自帶X光屏蔽層，安全可靠

    • 可根據(jù)樣品大小定制化不同系統(tǒng)

植物CT成像系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：

1. 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)規(guī)格

• 尺寸：1800mm（寬）x 900mm（深）x 1600mm（高）

• 焦點(diǎn)到檢測(cè)器的大距離：850mm

• 視野范圍：11.4 x 14.5 cm

• 旋轉(zhuǎn)臺(tái)：n x 360°

• 成像速度：5min/盆

安全電路(EN)

• 門和光信號(hào)監(jiān)視系統(tǒng)的雙面電路故障安全互鎖系統(tǒng)

X-射線檢測(cè)器:

• 活動(dòng)面積：145 x 114 mm

• 分辨率：約2940 x 2304像素

• 像素間距：50μm

X-射線源

• 電子管電壓：10-180 kV

• 包括發(fā)電機(jī)的整體式光源

環(huán)境條件

• 供電： 230V或380V，50Hz

• 溫度：運(yùn)行溫度10 °C–30 °C，儲(chǔ)藏溫度0 °C – 50 °C

• 濕度：運(yùn)行/儲(chǔ)存：10 –85%RH （無結(jié)露現(xiàn)象）

• 環(huán)境防護(hù)：關(guān)鍵部位涂有額外的保護(hù)涂層，以適應(yīng)比較苛刻的環(huán)境（如灰塵）。如有其它特殊防護(hù)要求請(qǐng)客戶提前做出說明。

輻射屏蔽

• 測(cè)量室環(huán)繞鉛當(dāng)量，機(jī)柜外輻射大劑量率300 nSv/h，符合歐洲安全標(biāo)準(zhǔn)。

2. IT硬件

PC技術(shù)參數(shù)

• 64 位處理器

• 8 GB 內(nèi)存

• 1 TB 硬盤空間

• DVD 刻錄

• NVIDIA GeForce 9400 GT

• Windows 7 (64 位)

視覺/分析/重建 PC的技術(shù)參數(shù)

• 64位多核處理器

• 128G內(nèi)存

• 4 TB硬盤空間

• DVD刻錄

• NVIDIA GeForce Titan X

• Windows 7 (64 位)

• 24寸TFT顯示器

3. 工作軟件

Fraunhofer Volex 6：測(cè)量和構(gòu)建軟件

• 標(biāo)準(zhǔn)3D CT掃描程序供線上線下數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，自動(dòng)修正減少環(huán)狀偽影、預(yù)估旋轉(zhuǎn)中心。

• 軟件界面優(yōu)化、易于使用。

測(cè)量分析體積 (3DCT)

• 體素尺寸50μm，直徑< 114 mm，高度＜145 mm

同步圖像采集和構(gòu)建

• 圖像采集完成之后構(gòu)建數(shù)據(jù)同步提供

數(shù)據(jù)分析

• 重建的體積是在測(cè)量后手動(dòng)的進(jìn)行分析，分析軟件由Fraunhofer VolumePlayer的插件進(jìn)行，測(cè)量結(jié)果是被分離的根系系統(tǒng)，客戶可以付費(fèi)增加新的分析。

Fraunhofer VolumePlayer (VP)

   應(yīng)用于2D、3D灰度值圖像數(shù)據(jù)（8-Bit, 16-Bit 和 32-Bit ）的分析和可視化。提供客戶需要的結(jié)構(gòu)模塊和可擴(kuò)展模塊。提到的標(biāo)準(zhǔn)配置有：

• 可視化數(shù)據(jù)層

• 利用直方圖、本地統(tǒng)計(jì)、手動(dòng)圖像、灰度值分布、查詢表、測(cè)量工具等手動(dòng)圖像分析

• 體積數(shù)據(jù)作為圖像序列生成

• 視角連接

• 處理8-bit, 16-bit和浮點(diǎn)值

• 實(shí)時(shí)處理3D數(shù)據(jù)生成三維顯示

• 不同的顯示方法

• 圖像疊加，紅藍(lán)眼鏡可視3D圖像