北京同步辐射装置上的位相衬度成像

在北京同步辐射装置上首次用位相衬度成像方法对生物样品和复合材料进行研究,得到了非常清晰而精细的材料内部细观结构.其图像的清晰度和分辨率明显地优于吸收衬度成像 关键词： 位相衬度成像 相干光源 同步辐射硬X射线     

同步辐射X射线相衬显微CT在古生物学中的应用

X射线无损成像技术在古生物化石标本研究领域中应用十分广泛.近几年来,随着技术的不断革新,同步辐射X射线相衬显微断层成像技术(SRX-PC-μCT)也被引入到这一领域.由于同步辐射光源产生的硬X射线具有高亮度、高准直性和高空间相干性等优点,可以实现化石标本高分辨率(亚微米级)的无损三维显微成像,给古生物学的发展带来了新的机遇.文章简要回顾了用于古生物化石标本无损成像技术的发展历程,并在此基础L综述了同步辐射X射线断层显微成像技术在古生物学领域的应用现状和前景.     

基于同步辐射X射线相衬显微CT技术的竹木复合材料胶合界面特征研究

第三代同步辐射光源X射线相位衬度显微CT能获得样品内部结构的边缘增强图像,实现对低Z材料成像。利用上海同步辐射光源X射线相衬显微成像技术,实现了竹木复合材料中EPI和MUF胶合界面和胶黏剂渗透特征的无损探测,并基于这些特征分析了几种不同加工工艺对胶黏剂在木材和竹材中渗透的影响。该技术为人造板工艺解剖学研究提供了一种重要无损检测手段。     

第三代同步辐射光源X射线相干性测量研究

随着高性能第三代同步辐射光源的建成开放,基于X射线相干特性的实验方法得到了快速发展和广泛应用.作为一个典型的例子,X射线相位衬度成像已经成为常规的X射线实验方法并向用户开放.相干散射、相干衍射成像、光子关联谱等X射线实验方法正日益受到重视,在高空间分辨、时间分辨等研究领域已显示出其独特的优越性.因此,研究和测量第三代同步辐射的空间相干特性对进一步发展这些新的实验方法具有重要意义.基于Talbot自成像原理成功测量了上海光源X射线成像线站发射的X射线的空间相干长度,并进而测得了相应光源的空间尺度.光子能量为33.2 keV时,测得的X射线光束垂直方向空间相干长度为8.84μm,对应的光源尺寸为23μm,测量结果与理论分析相符.     

小鼠肺同步辐射X-射线相衬成像实验研究

同步辐射相衬X射线成像技术的密度敏感性是普通吸收X射线成像技术的1000倍左右,因而它在研究软组织内部结构时具有很大潜力.本课题组采用同步辐射相衬X射线成像观察正常小鼠肺,可见清晰的支气管树和重叠肺泡形成的衬度影像,分辨率可达20μm左右.结果表明,同步辐射相衬X射线成像技术有可能检测到普通X射线成像技术无法检测到的肺部微小病变,并进一步分析病变的细微结构.     

同步辐射软X射线显微成像

软X射线显微成像是同步辐射最主要的应用之一,本文简明介绍软X射线显微成像的衬度机制,光源,成像方法和一些应用结果。     

封面说明

近几年 ,X射线位相衬度成像技术引起国际上材料、生物、医学等领域的广泛关注 ,也是国际同步辐射装置上研究的热点之一 .该方法建立在X射线折射效应基础上 ,可用于以轻元素为基的材料内部结构的成像研究 ,弥补传统X射线吸收成像的不足 .其独特优势是 :空间分辨率在 μm量级 ,增强弱吸收特征衬度 ,具有对细胞成像能力 ;在硬X射线范围内 ,辐射剂量远小于吸收衬度成像 .它为材料科学、生物医学等领域提供了一个新的重要手段 .北京同步辐射装置 (BSRF)于 2 0 0 1年 6月在国内首次开展了该方面研究 ,发展了同步辐射相位衬度X射线照相术 (成像…     

铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究

第三代同步辐射光源X射线具有高亮度、光谱连续、宽频谱范围、高空间分辨率、高衬度分辨率等独特优越性,可实现光谱精准计算及能量可调,对低Z材料内部结构边缘增强图像方面也具有很强的优势。利用上海同步辐射光源X射线双能减影和相衬成像技术,实现铜唑防腐剂处理竹材的同步辐射无损检测研究,并获得了Cu的分布图和处理材的内部结构,该技术为防腐处理竹材解剖学研究提供了一个重要无损检测手段。     

上海光源硬X射线相干衍射成像实验方法初探

相干X射线衍射成像方法是一种先进的成像技术,分辨率可达纳米量级.国际上大多数的同步辐射装置和自由电子激光装置都建立了该成像方法,并有将其作为主要成像技术的趋势.上海光源作为目前国内唯一的一台第三代同步辐射光源,尚未建立基于硬X射线的相干衍射成像实验平台.随着一批以波荡器为光源的光束线站投入使用,使得该方法的建立成为了可能.本文基于上海光源BL19U2生物小角散射线站,通过有效的光路设计,搭建了相干衍射实验平台,在12 keV和13.5 keV能量点均获得了硬X射线相干光束,并基于小孔衍射测量了入射光束的空间相干长度.该平台支持常规和扫描相干衍射实验模式,对小孔衍射图样及波带片扫描衍射图样实现了正确的相位重建,证明了该平台初步具备开展硬X射线相干衍射成像实验的能力.硬X射线相干衍射成像实验平台为国内首次建立,将为国内该实验方法的发展和应用提供有效的软硬件支持.     

基于光栅相衬成像的扇束螺旋CT重建算法

X射线相位衬度成像具有极高的灵敏度,能探测到轻元素样品的内部结构,在医学、生物学和材料科学等众多领域显示出良好的应用前景。光栅成像模式可使用非相干光源进行X射线相位衬度成像,开创了非相干光源相衬成像新纪元。将螺旋CT的概念引入光栅相衬成像领域,将螺旋CT的高效率优势与光栅相位成像的高衬度优势相结合,发展X射线螺旋相位CT方法。通过分析螺旋轨迹非相干光源相位成像的特点,提出一种扇形束螺旋条件下的相位信息提取方法;而后借鉴希尔伯特滤波反投影重建算法的思想,得到扇形束螺旋相位CT重建算法。该算法利用折射角像直接重建物体的相位项。计算机仿真实验证明了该算法的有效性。     

西洋参和高丽白参的X射线显微鉴定研究

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.     

基于支持向量机及小波变换的人参红外光谱分析

以吉林名贵中药材人参作为研究的主要对象,详细研究了利用小波变换技术对红外光谱变量的压缩方法和实现过程,以及如何利用人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)技术建立人参的红外光谱的产地鉴别模型,并详细讨论了ANN模型中相关参数的优化方法以及SVM模型中的核函数及σ值的优化选择。仿真实验表明,建立的ANN模型对40个吉林人参样品产地识别率达到92.5%,而采用径向基核函数的SVM模型的识别率为97.5%,其分类效果明显优于ANN模型。从而表明小样本的情况下,利用SVM结合小波变换技术可以对吉林人参的红外光谱的产地特征进行正确区分,同时为中草药的红外光谱的进一步的分析和研究提供了一定理论依据和技术支持。     

ICP-AES测定刺五加中的微量元素

采用高压消解罐对样品进行处理,将化学计量学应用于ICP-AES测定种植刺五加、野生刺五加、五加皮、白参和西洋参中Na、Mg、Se、Pb、K、Fe、Ca、Sr微量元素的含量。该方法操作简单、快速、灵敏度高,回收率在95.54%—100.8%之间,相对标准偏差小于0.0470%。实验结果表明,5种物质中均含有人体所需的大量微量元素,而且对比种植刺五加和野生刺五加发现,野生刺五加的营养价值优于种植刺五加。从微量元素含量的角度上,刺五加和人参不具有相似性。     

激光诱导击穿光谱技术结合神经网络和支持向量机算法的人参产地快速识别研究

利用激光诱导击穿光谱技术结合机器学习算法,对东北5个产地(大兴安岭、集安、恒仁、石柱、抚松)的人参进行产地识别,建立了主成分分析算法分别结合反向传播(BP)神经网络和支持向量机算法的人参产地识别模型.实验采集了5个产地人参共657组在200-975 nm的激光诱导击穿光谱,经光谱数据预处理后,对C,Mg,Ca,Fe,H,N,O等元素的8条特征谱线进行主成分分析,原光谱数据的前3个主成分累积贡献率达到92.50%,且样品在主成分空间中呈现良好的聚集分类.降维后的前3个主成分以2∶1进行随机抽取,分别作为分类算法的训练集和测试集.实验结果表明主成分分析结合BP神经网络及支持向量机的平均识别率分别为99.08%和99.5%.发生误判的原因是集安和石柱两地地理环境的接近而导致的H,O两元素在Ca元素离子发射谱线下的归一化强度相似.本研究为激光诱导击穿光谱技术在人参产地的快速识别提供了方法和参考.     

Direct single-layered fabrication of 3D concavo–convex patterns in nano-stereolithography

A nano-surfacing process (NSP) is proposed to directly fabricate three-dimensional (3D) concavo–convex-shaped microstructures such as micro-lens arrays using two-photon polymerization (TPP), a promising technique for fabricating arbitrary 3D highly functional micro-devices. In TPP, commonly utilized methods for fabricating complex 3D microstructures to date are based on a layer-by-layer accumulating technique employing two-dimensional sliced data derived from 3D computer-aided design data. As such, this approach requires much time and effort for precise fabrication. In this work, a novel single-layer exposure method is proposed in order to improve the fabricating efficiency for 3D concavo–convex-shaped microstructures. In the NSP, 3D microstructures are divided into 13 sub-regions horizontally with consideration of the heights. Those sub-regions are then expressed as 13 characteristic colors, after which a multi-voxel matrix (MVM) is composed with the characteristic colors. Voxels with various heights and diameters are generated to construct 3D structures using a MVM scanning method. Some 3D concavo–convex-shaped microstructures were fabricated to estimate the usefulness of the NSP, and the results show that it readily enables the fabrication of single-layered 3D microstructures. PACS 85.40.Hp; 81.16.Nd; 42.82.Cr     

部分可解释机器学习方法的高光谱人参产地识别和分析

人参是传统中药材中的贵重品种,具有较高的经济价值。人参生长的地域性很强,不同产地人参有效成分含量存在差异,人参因“道地”与否,会导致其质量、医学效用和经济价值的差异,因此人参产地识别的意义重大。目前常通过磨粉提取等制备,再采用化学或光学等多种手段检验人参产地,但会造成样本破坏。而基于外观性状或芦头特征的鉴别,因主观性差异不能作为标准化的识别方法。如何用高精度、无损、快速检测识别的方法,对人参的产地进行识别分析,是该研究的主要立足点。通过采用高光谱成像技术,对已知产地信息的人参样本,通过获取从400~2 500 nm的反射光谱,经过基于白板的绝对和相对辐射校正处理,构建了高光谱反射率数据集。采用随机森林的机器学习方法,构建了基于高光谱数据的全光谱人参产地识别模型,并对不同尺度的地域划分规则分别开展了产地识别精度验证,发现不同产地的人参光谱有明显区别。其中东三省与否的产地识别精度,可以达到98.2%。同时利用随机森林基于决策树构建的优势,获得了人参产地识别的光谱重要性结果,为专用轻量化仪器研发指明特征光谱。高光谱人参产地识别研究作为严格的无损检测方式,将对人参等道地药材的产地识别、药材图谱指纹认知和挖掘、药材鉴定和质量评价等提供理论支撑和技术手段。     

Microscale simulation of martensitic microstructure evolution

A new model for the evolution of multivariant martensitic microstructure in single crystals and polycrystals is developed. In contrast with Landau-Ginzburg models, which are limited in practice to nanoscale specimens, this new scale-free model is valid for length scales greater than 100 nm and without an upper bound. It is based on a thermodynamic potential in the volume fractions of the martensitic variants that exhibits an instability resulting in microstructure formation. Simulated microstructures in elastic single crystals and polycrystals under uniaxial loading are in qualitative agreement with those observed experimentally.     

显微红外光谱法无损识别林下山参与园参

显微红外光谱分析技术是将红外光谱仪和显微镜结合发展而来的分析技术。该技术样品处理简单,可用于微区分析和微量分析,并且能反映样品的本质特征。人参包括林下山参、园参和野山参,而我国禁止采挖野山参。因此,药典只收录了林下山参和园参。该工作使用显微红外光谱技术,结合判别分析建立了对林下山参和园参的无损识别模型。收集了20个林下山参和24个园参后,采集了其显微红外光谱。其中,33个样品被随机划分为校正集,11个为验证集。建立模型时,优化了预处理方法、主成分数、建模波段和扫描部位。最后,使用多元散射校正+Savitzky-Golay平滑的预处理方法、3932.14～669.18 cm-1的波段、4个主成分数和芦头部位建立了最优的判别分析模型,准确率达到100%。结果表明,结合判别分析的显微红外光谱技术,样品处理简单、快速、无损、有效,可用于林下山参和园参的无损识别。