植物CT成像系统原理

CT是用X射线束对物体某部分一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素 (voxel)。

扫描所得信息经计算而获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵。数字/模拟转换器把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素 (pixel)，并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X射线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。

CT的工作程序是这样的：它根据植物不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度较高的仪器对植物进行测量，然后将测量所获取的数据输入计算机，计算机对数据进行处理后，就可摄下检测区域植物组织的断面或立体图像，发现任何部位的细小变化。

植物CT成像系统产品介绍

人们在对植物各组织深入进行科研时，遇到了新的疑难问题。人们研究植物种子时，很难在不破坏种子的前提下探索其内部结构的变化。目前上使用的很多研究种子的先进技术大多是利用荧光法研究种子活力或其萌发率，这些方法能够高通量地达到某些研究目的，但始终无法得知种皮内部的结构和动态变化过程。再如，人们研究植物根系时，会遇到很多困难。传统的洗根扫描法确实能够清晰地将根系展现在人们眼前，但却破坏了其原有的状态；微根窗法能够解决原位测量的问题，但却不能探索土壤内部的根系分布；因此如何能够原位观测土壤中的根系变化成了阻挠广大科研工作者的难题。即便是有一种方法能够探测到土壤中的根系变化，那土壤是否会对根系的研究产生干扰？此外，如果人们需要研究植物茎杆，是否存在一种无损的方法探索其内部结构？

为解决这些难题，德国先进研究所推出了专门用于植物研究的CT三维成像系统，可对植物组织、果实、种子及土壤中的根系进行三维成像分析，无需专业的图像处理知识，可获取形态学以及内部性状信息。

植物CT成像系统应用领域

实验室植物CT成像系统广泛应用于植物对植物根系、茎杆的内部结构变化的研究。可以无损地探索盆栽中不同植物的根系变化，也可以测量茎杆的3D结构。

植物CT成像系统主要特点

适用于研究植物根系和茎杆

分析软件自动将盆栽中的土壤和根系分离，屏蔽土壤干扰

设备占地空间小，操作简单

体素50µm

可360度旋转拍摄样品

同步图像采集及3D重建

设备自带X光屏蔽层，有效可靠

可根据样品大小定制化不同系统

植物CT成像系统技术参数

1. 系统硬件

系统规格

• 尺寸：1800mm（宽）x 900mm（深）x 1600mm（高）

• 焦点到检测器的较大距离：850mm

• 视野范围：11.4 x 14.5 cm

• 旋转台：n x 360°

• 成像速度：5min/盆

有效电路(EN)

• 门和光信号监视系统的双面电路故障有效互锁系统

X-射线检测器:

• 活动面积：145 x 114 mm

• 分辨率：约2940 x 2304像素

• 像素间距：50μm

X-射线源

• 电子管电压：10-180 kV

• 包括发电机的整体式光源

环境条件

• 供电： 230V或380V，50Hz

• 温度：运行温度10 °C–30 °C，储藏温度0 °C – 50 °C

• 湿度：运行/储存：10 –85%RH （无结露现象）

• 环境防护：关键部位涂有额外的保护涂层，以适应比较苛刻的环境（如灰尘）。如有其它特殊防护要求请客户提前做出说明。

辐射屏蔽

• 测量室环绕铅当量，机柜外辐射较大剂量率300 nSv/h，符合欧洲有效标准。

2. IT硬件

PC技术参数

• 64 位处理器

• 8 GB 内存

• 1 TB 硬盘空间

• DVD 刻录

• NVIDIA GeForce 9400 GT

• Windows 7 (64 位)

视觉/分析/重建 PC的技术参数

• 64位多核处理器

• 128G内存

• 4 TB硬盘空间

• DVD刻录

• NVIDIA GeForce Titan X

• Windows 7 (64 位)

• 24寸TFT显示器

3. 工作软件

Fraunhofer Volex 6：测量和构建软件

• 标准3D CT扫描程序供线上线下数据库的构建，自动修正减少环状伪影、预估旋转中心。

• 软件界面优化、易于使用。

测量分析体积 (3DCT)

• 体素尺寸50μm，直径< 114 mm，高度＜145 mm

同步图像采集和构建

• 图像采集完成之后构建数据同步提供

数据分析

• 重建的体积是在测量后手动的进行分析，分析软件由Fraunhofer VolumePlayer的插件进行，测量结果是被分离的根系系统，客户可以付费增加新的分析。

Fraunhofer VolumePlayer (VP)

应用于2D、3D灰度值图像数据（8-Bit, 16-Bit 和 32-Bit ）的分析和可视化。提供客户需要的结构模块和可扩展模块。提到的标准配置有：

可视化数据层

利用直方图、本地统计、手动图像、灰度值分布、查询表、测量工具等手动图像分析

体积数据作为图像序列生成

视角连接

处理8-bit, 16-bit和浮点值

实时处理3D数据生成三维显示

不同的显示方法

图像叠加，红蓝眼镜可视3D图像