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
X射线小角散射显微层析成像(SAXS-CT)是一种无损的结构表征技术,用于研究非均匀物质纳米结构信息及其空间分布;在上海同步辐射光源(SSRF)设计并搭建了基于Kirkpatrick-Baez(KB)镜聚焦的SAXS-CT成像系统,并选取毛竹和注塑聚乳酸样品进行实验验证。结果表明:该SAXS-CT成像系统的聚焦光斑尺寸可以达到20 μm以下;对于毛竹样品,得到了其内部维管束和薄壁细胞的位置分布及散射差异,同时获取了内部纳米纤维的取向特点;对于注塑聚乳酸样品,发现其内部片晶结构具有分层分布特征,获取了片晶结构的分布图像以及长周期分布图像;实验结果验证了该SAXS-CT成像系统的可靠性及实用性。
X射线光学 X射线小角散射显微层析成像 Kirkpatrick-Baez镜 同步辐射 旋转不变性
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
3 北京师范大学, 北京 100875
设计并成功研制了单毛细管椭球镜,并通过光学及X射线方法测试了它的特性。椭球镜的面形误差为15 μrad,能量为9 keV时聚焦光斑直径为40 μm,聚焦光斑发射角为1.75 mrad。基于研制的椭球镜,在上海光源X射线成像线站搭建X射线纳米成像系统,并实现了纳米成像,这表明该椭球镜可满足X射线纳米成像的需求。
X射线光学 X射线显微镜 单毛细管椭球镜 检测 同步辐射 光学学报
2017, 37(10): 1034002
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 201204
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 北京师范大学核科学与技术学院, 北京 100875
建立了一种基于同步辐射X射线的立体成像系统用于上海光源成像线站(BL13W)。该系统使用两个弯曲毛细管将同步辐射光引出并分为交叉的两束光，实验样品置于两束X射线交叉的位置，在其后一定距离处用成像探测器记录样品的两个投影。根据视差方程和相应算法计算出样品各组分的深度信息，得到样品的伪三维图像。与X射线计算机断层扫描技术相比，该方法成像的时间分辨率大大提升甚至接近单次曝光的时间，可以进行实时成像，并降低了样品受辐射的剂量。选用老鼠肝脏毛细血管的投影图像进行数值模拟，得到了理想的模拟效果。选取螺旋形金属丝在搭建的实验平台上进行立体成像，得到了初步的实验结果。螺旋形金属丝的立体信息可以清楚辨认。
X射线光学 同步辐射 X射线立体成像 立体匹配 毛细管
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 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
在同步辐射X 射线成像中，时常会出现对比度不高或对比度不均匀的问题，这将导致图像中样品的一些细节信息难以被观察和分析。针对这一问题，提出一种X 射线图像对比度增强的算法。该算法以同态滤波为核心，结合图像降噪预处理及灰度调整，以现图像的对比度增强，并提高图像质量。编写程序实现该算法，并通过对分辨率靶图像和海洋鱼类样品的X 射线图像进行测试。结果表明，该算法可以很好地增强灰度分布不均匀的低对比度X射线图像，使样品信息显示更清晰，灰度分布更均匀。同时，对X 射线图像的降噪效果明显。
图像处理 对比度增强 同态滤波 同步辐射 X 射线成像
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
第三代同步辐射为X射线成像提供了一个单色、能量可调谐的高亮度光源。对于由低Z材料组成的样品来说，相比于传统成像方法，X射线光栅微分相位成像可以实现更高的相位衬度灵敏度，与计算机层析(CT)技术相结合还可以实现三维高密度分辨成像和折射率的测量。在上海光源X射线成像及生物医学应用线站，成功搭建了一套X射线光栅成像系统。基于此成像系统，利用同一套扫描数据可重构出吸收、相位和散射三种衬度信息；对于标准聚合物样品，系统可以高精度定量测量样品的折射率信息。测试结果表明，建成的X射线光栅成像系统可以实现低Z材料和生物医学样品的多衬度成像，有望在生物医学、聚合物材料等领域的无损、高衬度及定量成像研究中发挥重要作用。
成像系统 X射线光学 微分相位衬度成像 光栅干涉仪 暗场成像 同步辐射 光学学报
2013, 33(10): 1034001
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 201800
2 中国科学院研究生院， 北京 100049
对复合组分材料的应用和需求日益广泛，但如何精确地测量其定量结构信息仍是一个亟待解决的难题。建立了复合组分结构模型，利用X射线同轴相衬成像和相位恢复方法，分别进行了计算机模拟和实验研究，系统地分析了复合组分材料不同的密度差异对X射线相衬成像和相位恢复精度的影响以及噪声对定量相位恢复的影响。实验结果表明，利用X射线定量相衬成像技术可以实现复合组分材料的无损清晰分辨和精确测量，这在材料科学尤其是复合组分材料的制备，如多层核聚变靶丸，以及生物医学应用，特别是在血管成像的应用方面，都会发挥很好的作用。
X射线光学 相位恢复 定量成像 复合组分材料
