基于投影补偿的显微计算机断层成像空间分辨率增强

显微计算机断层成像(CT)可以通过提高投影放大比来提高成像空间分辨率,但是对于一定尺寸的工件,随着放大比的增大容易引起投影截断,导致投影数据不完备,重建的图像存在伪影和衰减系数漂移。提出了一种投影补偿的方法来补全截断的投影数据。该方法对工件执行高放大比和低放大比两次扫描成像,其中低放大比下的投影数据没有被截断。在低放大比下执行低分辨率图像重建,将重建的CT图像数字放大并重投影以得到与高放大比下投影数据相匹配的截断投影的估计值。将估计出的截断投影与高放大比下的投影组合并进行滤波反投影重建,得到空间分辨率局部增强的显微CT图像。仿真结果和实验结果均验证了该方法的有效性。

基于智能手机平台的计算光学显微成像技术研究综述

计算光学显微成像技术将光学编码和计算解码相结合,通过光学操作和图像算法重建来恢复微观物体的多维信息,为显微成像技术突破传统成像能力提供了强大的助力。这项技术的发展得益于现代光学系统、图像传感器以及高性能数据处理设备的优化,同时也被先进的通信技术和设备的发展所赋能。智能手机平台作为高度集成化的电子设备,具有先进的图像传感器和高性能的处理器,可以采集光学系统的图像并运行图像处理算法,为计算光学显微成像技术的实现创造了全新的方式。进一步地,作为可移动通信终端,智能手机平台开放的操作系统和多样的无线网络接入方法,赋予了显微镜灵活智能化操控能力与丰富的显示和处理分析功能,可用于实现各种复杂环境下多样化的生物学检测应用。文中从四个方面综述了基于智能手机平台的计算光学显微成像技术,首先综述了智能手机平台作为光学成像器件的新型显微成像光路设计,接下来介绍了基于智能手机平台先进传感器的计算光学高通量显微成像技术,然后介绍了智能手机平台的数据处理能力和互联能力在计算显微成像中的应用,最后讨论了这项技术现存在的一些问题及解决方向。

Lugol's iodine增强Micro-CT成像评估口腔鳞状细胞癌切缘状态的研究

目的:本研究拟使用Lugol's iodine增强Micro-CT成像三维评估口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma,OSCC)切缘状态。方法:本研究共收集68例人OSCC组织样本,所有样本经3%Lugol's iodine染色12 h后行Micro-CT扫描(层厚为50μm)。随后将经Lugol's iodine染色后的样品行常规苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色切片(厚度为4μm),制作数字化病理切片。分别测量影像图像和病理图像的黏膜切缘(mucosal margin,MM)和深部切缘(deep margin,DM)。结果:Lugol's iodine增强Micro-CT成像可以在三维空间中清晰区分肿瘤边界,且Micro-CT成像相较于二维病理切片,可以更准确地测量MM和DM,发现阳性切缘及临界切缘。结论:Lugol's iodine增强Micro-CT成像可以全面评估OSCC切缘,提供更全面、更清晰的肿瘤边缘信息,指导临床治疗方案选择和预后评估。

汽车油箱漏油的X射线成像分析方法

汽车金属油箱由薄不锈钢板经电阻焊工艺焊接而成,焊缝质量直接影响油箱的安全性和可靠性。本研究提出一种基于X射线成像的油箱焊缝漏油快速分析方法,即先采用微焦点射线数字成像(DR)对油箱焊缝漏油进行初步筛选,确定是否存在缺陷,再对含缺陷的焊缝进行显微计算机层析成像(CT),最后依据三维重建结果评估缺陷贯穿性。对2个汽车油箱电阻焊焊缝试样进行漏油分析,DR检测出2个焊缝试样分别含9、7处缺陷;显微CT的切片图像显示,试样缺陷中分别有6、1处贯穿型裂纹缺陷,这些裂纹均可能是油箱漏油点。对CT重建的缺陷进行三维分割和尺寸测量,试样缺陷尺寸分别为1.0~2.4、0.6~2.5 mm。对三维分割的缺陷进行内部可视化处理,结果与切片图像分析结果一致。本文所提方法可有效减少高精度CT检测资源的浪费,缩短漏油分析所需的时间,对于焊缝质量分析具有可靠性和安全性。

透射式微焦点X射线源钨-金刚石靶材的制备及其性能研究

本文采用磁控溅射镀膜技术制备了钨-金刚石透射靶材,借助电子扫描电镜对靶材的钨薄膜进行微观形貌分析。同时借助YXLON光机,研究自制靶材在X射线出射率及其产生X射线所需消耗功率和寿命等性能,并与YXLON原带靶材进行性能比较。研究表明,采用磁控溅射制备的钨薄膜与YXLON靶材上的钨薄膜具有相似的表面形貌;在YXLON光机相同工作条件下,自制靶材的X射线出射率略高于YXLON原带靶材的X射线出射率的1%,二者辐射X射线所需的功率相差无几,自制靶材的寿命要长于YXLON靶材的。这表明自制钨-金刚石靶材能够满足微焦点射线源所需的高质量靶材的应用要求。

阵列微焦射线源大视场显微计算机断层成像滤波反投影重建

常规显微计算机断层成像(CT)存在空间分辨率越高CT扫描视场越小的矛盾。近年来提出的基于电子束偏转扫描阵列微焦点X射线源的大视场显微CT(EBMCT),不仅保持了高空间分辨率的优点,也大幅扩大了CT扫描视场,增大了可检样品的尺寸。但EBMCT特殊的多焦点阵列扫描方式,导致其投影数据既存在截断问题也存在冗余问题。目前EBMCT一般采用对投影数据要求不高的迭代图像重建算法。然而,阵列焦点的投影数据量庞大,迭代算法的计算消耗大、重建时间长,难以满足EBMCT快速CT扫描检测需求。提出了一种平滑加权多源滤波反投影(MSFBP)算法。仿真和实验结果表明,算法很好地消除了投影数据冗余带来的伪影,并较好地抑制了截断伪影;均方根误差、峰值信噪比、结构相似性、空间分辨率等重建图像质量指标均优于常规重排等传统图像重建算法。在计算机硬件、图像矩阵等相同的条件下,所提算法的重建速度比联合代数迭代重建算法快3.3倍以上,为EBMCT系统在快速、大视场CT检测应用方面提供了良好的基础。

轻量化深度网络辅助于无透镜计算显微图像的细胞分类

无透镜计算显微成像是一种低成本、高效的成像技术。这种成像方式具有大视野、高通量的特点,能够实时地对细胞进行无标记成像。提出了一种轻量化网络模型(Depthwise-ResNeXt),将该神经网络与无透镜计算显微成像进行有机结合,实现了实时准确的细胞分类。使用SUM、MCF10A、ECa109、CL-1四种细胞作为分类数据,Depthwise-ResNeXt对这四类细胞的分类准确率达到92.8%,参数量仅有806kB。该网络证明了神经网络与无透镜计算显微成像在细胞分类领域相结合的可能性,并大大降低了神经网络在细胞分类方面的应用成本。

基于最小二乘准则的模糊估计和图像复原

在计算光学显微成像技术中,点扩展函数往往是未知的,且不易获取,从而给图像复原带来很大困难。基于最小二乘准则和最优化理论,提出了利用变尺度法的三维点扩展函数参数估计算法;针对传统EM算法存在复原效果细节丢失严重等问题,提出最小二乘共轭梯度三维图像复原算法。算法在点扩展函数参数估计和求解真实图像之间进行交替迭代,从而得到图像的最优估计。实验表明,新算法在较短时间内,能够较准确地估计出点扩展函数参数,并得到较好的复原结果。

基于磁控溅射法显微CTW-Al透射靶材的制备及其性能研究

根据端窗透射Micro-CT靶材的理论模型设计了W-Al透射靶材的基本结构,结合Geant4计算模拟软件和Müller的靶温升计算模型分别确定了W靶面和Al基体的厚度.以YXLON光机的W-Al透射靶材结构参数为依据,采用磁控溅射法在Al基体表面分别制备了厚度为2,5和8 mm的W薄膜,并借助SEM进行微观形貌分析,得到了致密度和均匀度均较好的W薄膜靶面.借助YXLON的X射线管,对3种不同厚度靶材的X射线出射率及其对应所需功率进行了实验研究,结果表明:W靶面的最佳厚度是5 mm,此时,靶材的X射线出射率最大且产生X射线所需的功率最小.在此基础上,进行了X射线出射率和X射线成像效果的对比实验,结果表明:无论在X射线出射率及其所需功率方面,还是在X射线成像效果方面,W靶面厚度为5 mm的W-Al透射靶材的性能均优于YXLON W-Al透射靶材,能够满足Micro-CT所需的高质量靶材的应用要求.

三维全五向编织复合材料细观结构实验分析

对三维(3D)全五向编织复合材料的细观结构进行了实验研究,三维全五向编织复合材料是一种新型的编织复合材料,其细观结构对预测材料的性能有重要作用。采用显微计算机断层成像(micro-CT)技术得到了三维全五向编织复合材料的截面图片,通过在碳纤维试件中混编入少量玻璃纤维作为示踪纱,提高了示踪纤维束在截面图片中的的对比度。并通过三维重建得到纤维束实体模型,结合CAD技术对纤维束的横截面形状与空间走向进行了研究。结果表明:编织纱与轴纱纤维束的截面形状在材料不同区域与不同的花节高度内是变化的;在不同区域,编织纱的空间走向也是不同的;而轴纱在空间上基本保持伸直。由于编织纱对轴纱的挤压使轴纱表面产生螺旋状的压痕。

基于Micro-CT光机X射线源的单晶LaB_6阴极的制备及其性能研究

本文采用电化学腐蚀方法和聚焦离子束技术制备了单晶LaB_6针尖,借助电子扫描电镜对针尖进行微观形貌分析。在此基础上,研制热解石墨径向夹持直热式单晶La B6阴极,对其发射性能及其在Micro-CT应用进行研究。研究表明,单晶LaB_6阴极能够产生高亮度的电子束,提高了X射线亮度,提升了Micro-CT图像质量。

调整EM算法结合加权小波在COSM中的应用

用基于深度变化成像模型的调整EM算法进行三维显微图像复原,不能更好地复原图像细节,而且耗时长。为提高图像的复原质量,缩短时间,提出把调整EM算法与加权小波相结合的算法。该算法先对加权小波系数进行调整,再用调整EM算法进行迭代复原。实验表明复原效果得到改善,并减少了迭代次数,效率明显提高。

维纳滤波和调整EM算法在COSM中的应用

用基于深度变化成像模型的调整EM算法进行三维显微图像复原,不能更好地复原图像细节,而且耗时长。为提高图像的复原质量,缩短时间,提出把维纳滤波和调整EM算法相结合的算法。该算法首先利用加权小波去除图像的部分离焦模糊,再用维纳滤波算法进行滤波复原,最后用基于深度变化成像模型的调整EM算法对序列图进行复原。实验表明复原效果得到了明显改善,并减少了迭代次数,效率明显提高。

储罐地基材料在熔盐泄露后的导热系数研究

为了对太阳能发电厂储罐结构设计和储热系统进行建模,基于XCT技术,在真实三维体重建的基础上,利用有限元模拟的方法,研究3种不同粒径配比的储罐基础内的堆积陶粒在熔盐泄露后的热物性,分析微观结构并估算导热系数.探究熔盐泄露后对熔盐罐地基内堆积陶粒热物性的影响. 3种工况下熔盐泄露后的堆积陶粒的孔隙体积分数分别为30.1%、30.7%和29.9%,导热系数的有限元模拟结果分别为0.505、0.476和0.478 W/(m·K).熔盐泄露后,孔隙体积分数降低了50%以上,导热系数提高了4.0~5.0倍.

增材制造流道多余物X射线成像检出能力研究

采用激光选区熔化工艺增材制造了含复杂流道的燃烧室模拟件,流道内部预制了不同尺寸的凸出立方体多余物,并放置一组标准尺寸金属丝模拟线形多余物。采用计算机射线照相(Computed radiology,CR)和显微计算机层析成像(Computed tomography,CT)对试样进行检测,研究X射线成像方法对增材制件内部流道多余物的检测能力,并采用显微CT对流道壁厚进行分析与评估。结果表明,CR可检出最小设计尺寸为0.15 mm的凸出立方体多余物和最小丝径为0.1 mm的线形多余物;显微CT可检出最小设计尺寸为0.08 mm的凸出立方体多余物和最小丝径为0.1 mm的线形多余物。显微CT尺寸测量结果显示,线形多余物测量尺寸与标准尺寸一致,凸出立方体多余物测量尺寸普遍大于设计尺寸,最大绝对误差不超过50μm。通过显微CT壁厚分析发现,宽段流道均匀性良好。

Micro-CT在慢性气道疾病中的应用现状与研究进展

显微计算机断层成像(Micro-CT)是一种新的成像技术,通过简单的对比染色生成软组织的定量、高分辨率、高对比度体积图像,提供无创的显微成像方法,可联合高分辨CT等检查,既得到全身扫描,又可获得重点关注区域的定量、三维、高分辨率成像。在慢性气道疾病患者的早期诊断和治疗后评估中具有重要的研究价值和应用前景。