骨质疏松性头颈型股骨颈骨折股骨头的显微CT观察

目的对骨质疏松性头颈型股骨颈骨折的股骨头标本的结构性薄弱区展开研究,为股骨颈骨折发生机制的相关研究提供理论依据。方法对首都医科大学附属北京朝阳医院收集的头颈型股骨颈骨折的6个股骨头标本进行显微CT扫描,其中男性标本5个,女性标本1个;年龄68~82岁,平均(73.17±4.92)岁;左侧3个,右侧3个。在股骨头内周围区和股骨头外上区、骨折线最下区选取兴趣区进行重建和分析,比较骨形态结构参数。结果股骨头外上区与股骨头内周围区相比,骨小梁间隔、骨小梁厚度、骨小梁数量、结构模型指数、骨小梁连接密度、组织骨密度、体积骨密度、骨体积分数、骨表面积体积比,差异均无统计学意义(P>0.05)。三维重建图像显示股骨头外上区骨小梁间隔增加、厚度减少,骨小梁发生断裂、变细甚至消失,骨小梁结构更接近杆状。股骨颈骨折线最下区与股骨头内周围区相比,骨小梁厚度、骨密度以及骨体积分数增高,骨表面积体积比、结构模型指数减低,差异具有统计学意义(P<0.05),骨小梁间隔、数量以及骨小梁连接密度比较差异无统计学意义(P>0.05)。三维重建图像显示,与周围区相比,骨折线最下区内骨小梁厚度明显增加,骨小梁结构更接近板状。结论股骨头外上方结构存在一定程度薄弱,可能与骨折易由此处发生有关。骨折线最下方股骨颈中段内侧未显示骨质减弱。

增材制造小缺陷的显微CT检测

通过高精度金属增材制造技术设计制造了两组不同类型的缺陷试件,并基于显微CT检测技术和缺陷解剖金相检测方式,研究显微CT对增材制造小缺陷的实际检测能力。试验结果表明,显微CT在体素尺寸5μm下能有效检出尺寸为20μm的人工缺陷;金相检测与CT检测结果基本一致,缺陷尺寸测量差小于10μm;由于部分体积效应的影响,更小尺寸缺陷的尺寸测量结果误差更大。

基于显微CT影像的靶丸表面缺陷检测方法

靶丸的内外表面缺陷分布对激光惯性约束聚变实验成功率及效率有重要影响,目前观测不透明靶丸的内表面仅有用X射线直接成像技术获取局部二维信息。运用显微CT实现靶丸三维成像,可得到靶丸内外全表面形貌信息;运用边缘检测、理想曲面拟合分割出缺陷区域,通过连通域分析对表面缺陷进行分块,并分别计算各区域的宽度、高度;运用体绘制方法交互绘制出了靶丸三维数据的立体效果,尤其突出了缺陷区域的彩色高度场效果,并通过虚拟切割观察靶丸内表面。基于该方法的靶丸内外表面缺陷观测技术,能识别大多数表面缺陷,且能较为准确地计算出缺陷尺寸参数,未识别出的缺陷通过体绘制可被观察到作为补充,为研究人员提供了良好的辅助分析手段。

显微CT技术在钧釉瓷微观结构中的应用

X射线显微镜(显微CT)是一种非破坏性的高分辨率成像技术。采用显微CT扫描和三维重建技术,对金元时期的钧釉瓷内部气泡和孔隙进行三维可视化和定量分析,得到了三维可视化分布图像与定量数据。研究发现,金元时期钧釉瓷釉层气泡尺寸相差大,且分布离散。其中,大于100μm的气泡主要分布在釉层中层;小于100μm的气泡分布在釉层表层,通过结合岩相分析与化学组成分析发现,该特征的形成与釉的高温黏度、烧成温度等因素有关。研究采用了显微CT扫描与三维重建技术,其是一种无损分析古陶瓷气泡与孔隙特征及工艺的新方法,该研究验证了显微CT在古陶瓷微观结构研究中的可行性和有效性,为古陶瓷制作工艺的科学分析、鉴定、保护和修复等方面提供重要的实验依据。

X射线显微CT技术无损检测检疫性杂草种子

为了探索检疫性杂草种子无损检测技术,建立全新的检疫对象鉴定模式,本研究使用X射线显微CT检测系统专用的三维快速重建以及可视化建模软件,通过数据采集、图像重建和三维重组,对检疫性杂草种子样品进行高分辨率内部断层扫描和整体三维成像。本研究实现了检疫性杂草苍耳属(非中国种)种子样品的层析三维成像以及内部二维信息的可视化。X射线显微CT技术可为口岸截获检疫性杂草的无损检测提供技术服务和支持。

显微CT技术测量不规则多孔悬浮载体比表面积初探

循环水产养殖系统(RAS)中最关键的水处理过程是氧化有害的含氮化合物,移动床生物膜反应器(MBBR)是去除水体中有害含氮化合物的默认设计选择,而悬浮载体是MBBR系统的核心部件。为了较准确地评估MBBR中的载体性能,建立一种简单快速有效的悬浮载体比表面积测量方法,使用显微CT技术对两种不规则多孔悬浮载体进行扫描建模,获得载体性能最重要的指标——比表面积参数,并通过数学模型验证了计算的准确性。结果显示,与BET气体吸附法相比,显微CT法测得的比表面积更适用于评估载体性能。

基于显微CT扫描和统计强度的煤岩损伤破裂特性研究

冲击地压与瓦斯等灾害制约了我国煤矿安全高效开采,但诸多煤岩动力灾害的发生机理不明。从巷道围岩冲击-瓦斯灾害实例出发,着重研究煤岩损伤破裂演化规律与模型。开展了X射线高精度显微CT扫描试验,利用三维重构技术获得了冲击倾向性煤高分辨率三维数字岩心图像,定量分析了非连续结构分布特征;采用计盒维数法和三维可视化软件AVIZO编程计算,得到了矿物条带和裂隙结构的表征参数;基于CT扫描重构和统计强度理论,提出了一种考虑三参量韦伯分布、瓦斯作用与有效应力的煤岩损伤破裂模型;进而,开展了含瓦斯煤岩三轴压缩试验,求解模型参数并验证模型可靠,揭示了煤岩渐进破坏过程中的损伤演化规律。具体而言,显微CT扫描重构和分形计算结果表明,冲击倾向煤内部矿物条带的表面积和分形维数分别处于0.0035~0.0137和1.1214~1.2342之间,而裂隙结构的表面积占比和分形维数则分别处于0.0006~0.0040和1.0651~1.1454范围。矿物条带的表面积占比和分形维数整体上大于裂隙结构的,说明冲击倾向煤内部的非连续结构数量多且分布复杂。此外,含瓦斯煤岩三轴压缩试验结果表明,围压作用下煤样应力应变关系呈现出典型的I类曲线特征,以剪切破坏为主,峰值强度和峰值应变随围压升高而增大。进一步,给出了损伤破裂模型7个参数的确定方法,并利用试验结果求解了模型参数和损伤变量。计算结果表明,该模型能较准确地反映煤岩压缩变形、准线弹性变形、塑性变形、峰值强度和峰后软化等渐进破坏特征。而且,在前2个阶段煤岩损伤变量小于0.2,进入塑性阶段尤其是峰后阶段,损伤变量急剧增大直至破裂。因此,提出了损伤阈值的概念,建议将损伤阈值0.2作为煤岩损伤破裂的预警值。研究结果将为煤岩动力灾害的发生机理、预警及防控提供理论支撑。

20 Hz高时空分辨X射线单色光动态显微CT研究

与白光X射线动态显微CT(Micro Computed Tomography)相比,单色光X射线动态显微CT具有较低的辐射损伤和较高的密度分辨率,但是更难以平衡其空间和时间分辨率。目前,单色光X射线动态显微CT的最高时间分辨率可达到13.3 Hz,探测器有效像素尺寸为5μm。为了构建具有更高时空分辨率的单色光X射线动态显微CT系统,基于上海光源快速X光成像线站(BL16U2)的高通量密度单色光,将高速转台与三镜头大数值孔径快速X射线成像探测器相结合,构建了实验系统。以速发型聚氨酯材料为研究对象进行了验证实验,在15 keV单色光下动态显微CT的时间分辨率达到了20 Hz,探测器有效像素尺寸为2.2μm。对气泡运动进行相关定量分析,证明该系统具有高时空分辨率和高对比度分辨率,可以对复杂运动系统进行四维时空定量分析,为BL16U2线站用户进行高时空分辨率的复杂原位研究提供了强大的实验平台。

显微CT探究三维颗粒体系颗粒间力学行为

为描述三维颗粒体系颗粒间的微观力学行为,以陶粒为研究对象,利用显微CT开展三维颗粒体系原位加载实验,获得下压位移间隔为0.2 mm的颗粒二维图像序列.经三维重构得到颗粒体系的数字体图像,构建三维颗粒的孔隙网络模型,计算不同加载状态下的颗粒间接触信息.对接触信息进行量化统计,提出以颗粒接触面积衡量接触力的表征方法,从接触面积、竖向夹角、竖向力和配位数等新视角分析颗粒体系力学性能的变化规律,描述三维颗粒体系中颗粒间力学行为和力链发展演化的内在联系,提取强接触颗粒信息并对比颗粒位置坐标变化.研究结果表明:加载过程中,接触数量呈现递减趋势,强接触占总接触数量的1/3,平均接触面积基本不变;颗粒体系内部竖向夹角θ<45°和θ> 45°数量占比维持在2:3;竖向力是接触力和竖向夹角共同作用的结果,其数值受竖向夹角影响更加显著;平均配位数整体呈下降趋势,配位数为3,4和5的颗粒数量占比约70%;此外,颗粒与压头接触点位置影响强接触颗粒坐标变化,新接触点附近区域往往伴随接触行为的更新.

基于X射线相衬显微CT的肝肿瘤定量分析研究

新生血管对肿瘤提供无限生长的应用,但目前传统成像技术只能实现200μm的血管。本研究收集乏血型和富血型肝肿瘤标本20例,进行X射线相衬断层图像中可清晰显示肝肿瘤组织微血管的分布特征,与对应病理切片表现基本相吻合;通过灰度直方图和灰度-梯度共生矩阵提取图像特征,肿瘤图像特征统计结果表明两组存在显著差异(P<0.05),富血型肿瘤相比于乏血型肿瘤组织图像灰度分布不均匀、变化不规则、图像复杂度升高、清晰度降低,为进一步对不同类型肝肿瘤的诊断和特征评价提供数据支持和科学依据。

显微CT试验技术与花岗岩热破裂特征的细观研究

详细介绍太原理工大学与中国工程物理研究院应用电子学研究所共同研制的μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统的结构与工作原理,该试验机的最大功率为320 W,放大倍数为1～400倍,可分辨1～2μm大小的孔隙及裂隙,为金属及非金属材料的细观试验分析提供了更高精度的试验设备。采用该系统进行花岗岩在常温到500℃高温下的三维细观破裂显微观测,揭示出花岗岩晶体颗粒尺寸为100～300μm的不规则空间结构体。热作用下,随温度升高,花岗岩的热破裂逐渐演化与发展,200℃时,已可见到极少数很小的微裂纹出现。300℃时,部分裂纹搭接形成较大裂纹,裂纹长度增加10倍左右。500℃时,包围花岗岩晶体颗粒的封闭多边形裂纹几乎全部形成,使花岗岩呈现糜棱状的晶体颗粒结构体,90%以上是沿岩石颗粒周边弱的胶结界面上发生的。仅有极少数热破裂裂纹是穿越岩石颗粒的,其概率在10%以下。

基于显微CT的不同煤体结构煤三维孔隙精细表征

为了定量研究不同煤体结构煤的孔隙连通性和渗透能力的差异性,以渭北煤田韩城矿区为研究区,通过显微CT三维空间分析技术,采用多孔介质三维逾渗理论,开展了不同结构煤的孔隙三维建模分析,实现了对不同煤体结构煤中孔隙分布三维可视化的精细表征。结果表明:构造变形对煤的孔隙结构有深刻的影响;不同变形机制对煤的孔隙度、孔隙团数和最大孔隙团规模有着不同的影响,导致逾渗概率发生明显的变化;三维逾渗概率表明煤孔隙连通性和渗透率随变形程度增加呈现先升后降的变化趋势。碎裂煤孔隙团连通性最好,渗透性最强;糜棱煤孔隙团连通性最差,渗透性最弱。研究认为脆性破坏可促进外生孔和微裂隙的发育程度,加强孔裂隙间的连通性,提升煤岩渗透性;在脆韧性-韧性变形作用下,孔隙、微裂隙、矿物以及煤岩分布的非均质性明显增强,造成孔隙连通性变差,渗透率降低。

用显微CT研究不同植被恢复模式的土壤团聚体微结构特征

为了更好了解不同植被恢复模式对土壤团聚体微结构的影响,该研究采用显微CT技术扫描3～5 mm土壤团聚体,获取了3.25μm分辨率的二维图像,并应用数字图像处理软件对团聚体孔隙结构进行三维重建,定量研究了黄土丘陵区不同植被恢复模式下（自然草地、人工灌木和坡耕地）土壤团聚体微结构特征。结果表明,两种植被恢复模式均显著提高了土壤有机碳含量和团聚体水稳性（P〈0.05）,降低了土壤容重。与坡耕地处理相比,自然草地土壤团聚体总孔隙度、大孔隙度（〉100μm）、瘦长型孔隙度分别增加了20%、23%和24%,而分形维数和连通性指数欧拉特征值分别降低了2%和75%,且各指标二者间差异均显著（P〈0.05）。人工灌木土壤团聚体的上述各项孔隙参数均优于自然草地（较坡耕地分别增加了70%、88%和43%以及降低了4%和92%）,且除欧拉特征值外,差异均显著（P〈0.05）。分形维数和连通性对土壤结构变化的响应相当敏感,可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标,研究结果可为黄土高原土壤质量评价提供科学参考。

基于显微CT的构造煤渗流孔精细表征

利用显微CT技术对重庆市中梁山南矿构造煤的渗流孔进行了精细定量表征。研究发现:构造煤孔隙直径一般小于10μm,但不同类型构造煤的孔隙分布特征有着明显差别。随着构造变形的增强,煤的孔隙数量、面孔隙度逐渐增大。原生-碎裂煤的孔隙以原生孔为主;碎裂煤脆性破坏加剧,角砾孔增加;碎粒煤碎粒孔和微裂隙发育,平均孔径加大;鳞片煤受到强烈剪切作用,煤颗粒在脆性破碎的基础上,同时具有韧性变形特征,包括局部揉皱和粉末状糜棱质,充填部分孔隙,造成平均孔径下降。构造煤孔隙三维建模表明,随着应力作用的增强,构造煤的孔隙度、孔比表面积、孔体积及最大连通孔隙团不断增高。

基于同步辐射显微CT研究不同施肥措施下水稻土团聚体微结构特征

基于江西进贤长期定位试验田，采用上海光源的生物成像线站显微CT技术扫描3-5 mm土壤团聚体，获得分辨率为3.7 μm的切片图像，并运用3DMA_Rock软件进行数字图像处理，构建孔喉网络模型，定量研究了不同施肥条件下（CK、NPK、NPKOM）红壤性水稻土团聚体的三维微结构特征。结果表明：与CK处理相比，NPK处理的土壤孔隙度、比表面积、孔喉数量和平均路径长度等指标值分别下降了31.6%、28.8%、15.1%和12.6%，说明长期单施无机肥可导致土壤团聚体结构退化；而NPKOM处理则显著增加了以上的指标值（分别增加了77.6%、68.4%、182.8%和14.4%），说明长期无机有机肥配施能改善土壤团聚体的微结构，促进土壤团聚体的形成和稳定，使土壤保持良好的通透功能，提高土壤的肥力质量。

褐煤热破裂的显微CT实验

采用μCT225kVFCB型高精度显微CT试验系统并配以微型气氛炉,研究了内蒙古平庄褐煤热破裂随温度的变化关系。研究结果表明,褐煤在100℃左右时,大裂隙（〉800μm）占主导地位;200℃左右时,中等裂隙（100~400μm）占主导地位;300℃之后微裂隙（〈100μm）占主导地位;热破裂的阈值为300℃左右;在300℃之前孔隙裂隙的产生发展主要是因为热破裂,300℃之后,微裂隙和孔隙的产生主要是因为煤体发生热解化学反应,油气逸出,固体骨架逐渐转变为半焦体。

瘦煤热破裂规律显微CT试验

由太原理工大学和中国工程物理研究院应用电子学研究所共同研制的μCT225kvFCB型高精度(μm级)CT试验分析系统,对7mm瘦煤从18℃到600℃高温下的热破裂过程进行了显微观测和分析,发现瘦煤在100℃时有微裂隙出现;200℃时煤样中裂隙长度增加了30%左右;当温度达到300℃时煤样中有大量裂隙和孔隙产生并贯通,热破裂阈值在300℃附近;400℃到500℃时裂隙进一步扩展连通产生裂隙带;600℃时煤样中裂隙长度减小,同时产生了很多新的裂隙和孔隙;随温度的升高,7mm瘦煤的裂隙发展规律为:微裂纹的出现、发展、贯通,最后裂纹继续发展;煤样的最大裂隙长度具有随着温度的升高先减小后增加最后减小的规律;煤样的孔裂隙率从常温到500℃具有先降低后增加再降低到600℃达到最大的特点。

显微CT与组织切片技术在骨形态计量研究中的比较

[目的]通过比较显微CT技术与组织切片技术在骨形态计量分析中的差异,探讨显微CT在骨形态三维结构研究方面的技术优势。[方法]分别应用显微CT和组织切片技术分析不同类型的骨组织标本,并从标本处理、表达形式与测试指标等方面比较两者的差异。[结果]显微CT在反映骨组织三维结构特征和对骨组织"量"与"质"变化的精确测量方面明显优于组织切片技术;而组织切片技术对反映标本局部的细胞形态和生长发育变化等方面则更具优势。[结论]显微CT技术在标本处理、表达形式两方面均提供了全新的测试手段,通过结合组织切片技术能够更加理想地反映骨组织形态和结构的特点。

不同温度下褐煤裂隙演化的显微CT试验研究

利用显微CT系统直观地研究褐煤从20℃～600℃裂纹的演化扩展过程,对原生裂纹和新生微裂纹的扩展演化进行详细的分析研究。研究结果表明:20℃～100℃,褐煤热破裂程度中等,只有很少的微裂纹产生;100℃～300℃热破裂剧烈,原生裂纹扩展延伸,且产生许多微裂纹,新旧裂纹扩展、延伸、搭接形成裂隙网络;300℃～500℃裂纹的扩展很缓慢;500℃～600℃,裂纹有闭合的趋势。随温度升高,微裂纹易沿层理方向产生于软煤质中,止裂于硬质带边缘,部分垂直层理方向的裂纹会在硬质带边缘分叉后沿层理方向扩展,裂纹沿层理方向的扩展速度远大于垂直层理方向的。

显微CT扫描南京粉砂空间孔隙结构的精细化表征

孔隙结构是反映土体物理、力学性质变化的本征指标,传统医用CT分辨率尺度不足以辨识表征岩土体细观结构的单个颗粒或孔隙。使用了14μm高空间分辨率的工业显微CT,对砂雨法生成的南京粉砂试样进行了扫描。对CT图像预处理后所得二值数字图像序列进行了三维重构,实现了任意表征单元体(REV)提取,并可对REV采用三维二值矩阵加以表征与定量分析。通过分析断层图像序列,计算出土样整体的体积孔隙率,与实验孔隙率误差仅3.93%。沿试样高度计算表观孔隙率在20.97%~46.77%范围内波动。从试样底部一REV中提取出水平方向、与水平面成60°角以及两正交垂直方向共4个典型切面,对其孔隙定向性进行统计分析,结果表明,水平切面具有最小主定向角,两正交垂直切面中,一个具有最大主定向角,另一具有最小各向异性率,斜切面孔隙呈近似等向分布,无明显定向性。采用孔隙网络模型进行空间孔径定量分析,结果发现,所提取出3个REV的最大孔径分布在629~696μm,最小孔径分布在54~77μm,平均孔径分布在166~185μm,孔径分布在100~200μm范围内最为集中。方法可用于热、水、力等各类因素作用下土体空间孔隙结构的无损定量分析。