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.     

同步辐射纳米CT图像配准方法研究

基于同步辐射的X射线纳米成像技术是无损研究物质内部纳米尺度结构的强大工具,本文总结了图像配准技术在纳米CT成像领域的研究和应用,并根据发展阶段进行分类分析.首先,通过统计近年以来图像配准文献的发表情况,分析并预测纳米尺度图像配准的未来研究方向.其次,基于图像经典配准算法理论,详细介绍了图像配准算法在纳米成像领域最有效的前沿应用.最后,介绍了基于深度学习的图像配准方法的前沿研究,并讨论深度学习在纳米分辨图像配准领域的适用性及发展潜能,根据纳米尺度图像数据的特点及各种深度学习网络模型的特性,展望了同步辐射纳米尺度图像配准技术的未来研究方向及挑战.     

同步辐射相位衬度成像医学应用初探

近年来,相位衬度成像技术医学领域应用的发展引人瞩目.同步辐射相位衬度成像无须使用对比剂就能显示传统X射线无法显示的肌腱、软骨、韧带、脂肪、血管及神经等软组织.文章作者应用包括类同轴相衬成像和衍射增强成像在内的相位衬度成像技术进行了肝胆、肺脏、肾脏、胃肠道、心脏、血管、骨关节组织与肿瘤成像,证实了同步辐射相位衬度成像较传统X射线成像图像清晰,分辩率明显提高,特别适用于软组织、血管等的成像.     

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…     

同步辐射微束荧光CT及其应用新进展

同步辐射微束X射线荧光CT（SR-XFCMT）是将传统的X射线荧光分析法和计算机断层成像（CT）技术有机结合发展起来的一种先进的分析技术．SR-XFCMT可以给出元素在样品内部的分布而不需要对样品进行破坏性的处理，现已成为很多研究领域的有力工具．文章简要介绍了同步辐射微束荧光CT技术及其应用的最新进展，阐述了同步辐射微束X射线荧光CT的关键问题及其发展的前景.     

同步辐射X射线磁二色性在自旋电子学研究中的应用

文章对同步辐射X射线磁圆二色谱和X射线磁线二色谱的独特优点进行了综合分析,并通过一些典型应用实例说明同步辐射磁性测量技术具有元素分辨能力、高灵敏度、纳米量级空间分辨能力和皮秒量级时间分辨能力,并可用于测量铁磁性和反铁磁性,因而在自旋电子学材料和器件研究领域具有广泛的应用前景.     

上海光源X射线成像及其应用研究进展

作为具有国际先进水平的第三代同步辐射光源,上海光源的X射线亮度比普通X光管高12~16个量级,基于它的X射线成像具有高空间分辨、高衬度分辨和快时间分辨的特点,同步辐射X射线可对样品实现原位、无损、高分辨、三维和动态成像,而且可以实现相位衬度成像,从而将X射线成像的应用领域拓展到软组织、聚合物等低Z材料。自2009年正式向用户开放以来,上海光源已在生物医学、材料科学、古生物学、土壤学等领域取得了一大批重要研究成果。为更好地支持用户,上海光源X射线成像组在定量成像、CT成像、快速CT重构等成像方法学领域开展了较为全面、系统的研究,大幅提高了实验效率和对不同样品的适应性。本文简要介绍了上海光源X射线成像方法学发展及相关应用研究进展。     

同步辐射X射线光源在高压科学研究中的应用

同步辐射X射线光源已经成功地应用到高压科学研究的诸多领域.文章简要回顾了同步辐射高压技术的发展历史,简要介绍了同步辐射X射线衍射技术在高压状态方程、强关联体系、地球内部物质以及早期生命起源等研究中的应用.介绍了同步辐射X射线光谱技术(包括晶格振动声子谱的测量)在高压研究中的应用,此外,还介绍了时间分辨的同步辐射技术在冲击压缩研究中的应用,最后展望了未来先进光源应用于高压科学研究的前景.     

基于同步辐射的X射线成像技术在静高压研究中的应用

随着同步辐射技术的发展,稳定、高强度、能量可调、具有优良相干性的X射线源成为现实,使得X射线成像技术在诸多领域得到了广泛的应用。成像方法也从传统的简单投影成像,发展出相衬成像、显微成像、相干衍射成像等多种实验技术。X射线衍射技术用于测量具有长程周期性的材料在微观尺度的结构信息;与之相比,X射线成像技术的可视化强,测量直接,可实现各种材料(晶体、非晶体、液体等)从微观、介观到宏观尺度的测量。近年来,X射线成像技术在静高压领域中有了长足的发展,如非晶态材料的物态方程测量、高压加载下的声速测量、熔融铁在地幔岩石中的输运过程研究、晶体材料中的应变分布以及材料相变的演化过程研究等。本文较系统地总结了X射线成像技术在静高压研究领域的应用,以期对今后的研究有所帮助。     

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.     

CCD X射线探测器及其在同步辐射中的应用

ＣＣＤ陈列Ｘ射线探测器人有大的动态范围，灵活的数据读出和存贮方式，好的时间分辨率等特点，在Ｘ射线成像领域，尤其在高亮度同步辐射实验技术中显示出广阔的应用前景。文章主要介绍电荷耦合器件的工作原理，ＣＣＤ Ｘ射线探测器的发展动态，性能及其应用。     

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.     

新型组合式X射线影像增强器

将X射线成像技术和微光成像技术相结合, 设计了组合新型X射线影像增强器。不同于常用的进口真空型X射线影像增强管,组合新型X射线影像增强器是由X射线屏和亮度增强器经过透镜耦合而成的非真空型组合器件。文章详细分析了组合新型X射线影像增强器的结构特点、成像原理和成像性能;并在结构特点、成像原理和成像性等方面对组合新型X射线影像增强器和常用的进口X射线影像增强管进行了详细的对比,比较的结果表明组合新型X射线影像增强器的成像性能略低于进口的医用X射线影像增强管,但是组合新型X射线影像增强器的性价比非常高,而且成像性能令人满意,正在向进口管不断靠近。它满足很多科研领域对X射线成像的要求,易于被广大用户接受,可以被广泛的应用在工业探伤,无损检测,机场安检等领域。     

基于单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像

X射线荧光成像是一种可无损获得样品内部元素空间分布信息的实验技术,可分为荧光mapping扫描成像与荧光CT成像,其空间分辨率由X射线聚焦束斑的大小决定。上海光源成像线站已建立X射线荧光成像系统并对用户开放,在多个领域取得较好的研究成果,该系统基于狭缝限束获取微束X射线,束斑为150μm,限制了该方法的广泛应用。椭球聚焦镜是反射面为椭球面的单次反射单毛细管光学元件,基于全反射原理,具有反射效率高、工作距离长、接收角宽、适用X射线能量范围宽、体积小等优点,已应用到X射线聚焦、全场纳米成像等领域。由于对面型精度的要求较高,制备椭球聚焦镜难度较大。为满足广大用户对微束荧光成像的需求,自行设计并成功研制了针对微束荧光成像系统的单毛细管椭球镜,并对其进行了X射线聚焦性能检测,结果显示可获得14μm聚焦光斑,焦点处增益可达255倍。基于自主研制的椭球镜,在上海光源BL13W搭建微束X射线荧光成像系统,并开展了微束荧光mapping成像与微束荧光CT实验研究:(1)对中风鼠脑切片的荧光mapping扫描成像,得到中风鼠脑中微量元素铜、铁、钙与锌的元素分布荧光光谱图;(2)对鼠脑及毛细管中浓度为0.5 mg·L~(-1)的标准砷溶液进行同步辐射微束X射线荧光CT成像,利用OSEM重构算法重构投影数据,获得了鼠脑中铜元素和毛细管中砷元素二维分布的切片图。两组实验表明,基于自行设计与研制的单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像系统,样品处的光通量密度增加,空间分辨率得到提高,单张荧光光谱的获取时间显著减少,同时也提高了系统的元素探测限。     

同步辐射成像技术在材料科学中的应用——金属合金晶体生长原位可视化

金属及其合金是一类重要的结构和功能材料,广泛应用于航空航天、汽车、造船等行业.金属合金的宏观性能实质上取决于其微观组织,微观组织的演变通常是一个微米范畴的晶体生长过程.由于金属合金的不透明性以及结晶过程的高温环境,长期以来,金属合金的晶体生长过程如同一个黑匣子,一直不为人们所知,只能通过分析最终微观组织或者中间淬火组织来推断黑匣子里可能发生了哪些现象.同步辐射X射线实时成像技术的出现,为实现金属合金晶体生长的原位可视化提供了可能,从而找到了打开这一黑匣子的钥匙.文章介绍了金属合金晶体生长原位可视化研究工作的发展历程及最新进展,列举了应用同步辐射实时成像技术原位观察合金晶体生长行为的典型研究结果,并对该成像技术在金属材料领域的未来应用进行了展望.     

空间相干的同步辐射X射线桌面源

每次新一代X射线装置的出现都会开辟新的科学前沿领域,比如第一批X射线照片和DNA结构的测定等.如今最高级的X射线源能够产生能量高于千电子伏的相干的高亮度X射线.预示着在纳米与飞秒量级上对复杂系统成像的一场新的变革.尽管需求很迫切,但是世界上只有少数几台专用的同步辐射装置.造成这种情况的部分原因是由于利用常规(加速器)技     

激光等离子体X射线源的应用

激光等离子体作为X射线光源，具有光源体积小、亮度高、脉冲短等优点。因此，激光等离子体X射线光源在时间分辨诊断测量等方面具有重要的应用。文章简单介绍了这种光源在软X射线投影光刻技术、医学成像、晶体研究以及惯性约束核聚变（ICF）研究等方面的应用。这四个方面分别属于信息，生物，材料和能源等四个科学领域。作者的目的在于让这些科研领域及其对应工业界的研究同行了解我们的工作，从而能够实现跨学科、跨领域的合作。     

新型纳米冷阴极平板X射线源和高灵敏度探测器件及其CT图像重建方法研究

正项目负责人:陈军牵头承担单位:中山大学参与单位:国家纳米科学中心,西安交通大学,南方医科大学项目性质:国家重点研发计划项目:纳米科技重点专项项目编号:2016YFA0202000项目说明:X射线成像在医学、安检、无损检测、工业探伤等领域应用广泛。在医学领域中,CT等X射线成像系统在疾病诊断方面起着至关重要的角色。X射线源和探测器是X射线成像系统的最核心器件。尽管X射线探测已经开始了从胶片到数字技术的转变,X射线源技术百年来却一直没有突破。为了实现     

探索物质世界的利器——同步辐射

当近光速的带电粒子在磁场中转向时,沿运动轨迹的切线方向将会发出很窄的电磁辐射,这种高亮度的"光"称为同步辐射.同步辐射的波段范围从THz到远红外/红外,一直扩展到X射线/γ射线,其卓越的性能已经成为探索物质世界强有力的工具,在物理、化学、材料科学、生命科学、医学、纳米科技等领域获得了广泛的应用.本文就同步辐射的发光机制、特点及其应用作了简单的介绍,并结合我们课题组的两个研究实例展示了同步辐射的巨大潜力.