德國Fraunhofer植物CT成像系統原理

CT是用X射線束對物體某部分一定厚度的層面進行掃描，由探測器接收透過該層面的X射線，轉變為可見光后，由光電轉換變為電信號，再經模擬/數字轉換器轉為數字，輸入計算機處理。圖像形成的處理有如對選定層面分成若干個體積相同的長方體，稱之為體素 (voxel)。

掃描所得信息經計算而獲得每個體素的X射線衰減系數或吸收系數，再排列成矩陣，即數字矩陣。數字/模擬轉換器把數字矩陣中的每個數字轉為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素 (pixel)，并按矩陣排列，即構成CT圖像。所以，CT圖像是重建圖像。每個體素的X射線吸收系數可以通過不同的數學方法算出。

CT的工作程序是這樣的：它根據植物不同組織對X線的吸收與透過率的不同，應用靈敏度的儀器對植物進行測量，然后將測量所獲取的數據輸入計算機，計算機對數據進行處理后，就可攝下檢測區域植物組織的斷面或立體圖像，發現任何部位的細小變化。

德國Fraunhofer植物CT成像系統產品介紹

人們在對植物各組織深入進行科研時，遇到了新的疑難問題。人們研究植物種子時，很難在不破壞種子的前提下探索其內部結構的變化。目前上使用的很多研究種子的*技術大多是利用熒光法研究種子活力或其萌發率，這些方法能夠高通量地達到某些研究目的，但始終無法得知種皮內部的結構和動態變化過程。再如，人們研究植物根系時，會遇到很多困難。傳統的洗根掃描法確實能夠清晰地將根系展現在人們眼前，但卻破壞了其原有的狀態；微根窗法能夠解決原位測量的問題，但卻不能探索土壤內部的根系分布；因此如何能夠原位觀測土壤中的根系變化成了阻撓廣大科研工作者的難題。即便是有一種方法能夠探測到土壤中的根系變化，那土壤是否會對根系的研究產生干擾？此外，如果人們需要研究植物莖桿，是否存在一種無損的方法探索其內部結構？

為解決這些難題，德國研究所推出了專門用于植物研究的CT三維成像系統，可對植物組織、果實、種子及土壤中的根系進行三維成像分析，無需專業的圖像處理知識，可獲取形態學以及內部性狀信息。

植物CT成像系統應用領域：

實驗室植物CT成像系統廣泛應用于植物對植物根系、莖桿的內部結構變化的研究。可以無損地探索盆栽中不同植物的根系變化，也可以測量莖桿的3D結構。

植物CT成像系統主要特點：

• 適用于研究植物根系和莖桿

• 分析軟件自動將盆栽中的土壤和根系分離，屏蔽土壤干擾

• 設備占地空間小，操作簡單

• 體素50µm

• 可360度旋轉拍攝樣品

• 同步圖像采集及3D重建

• 設備自帶X光屏蔽層，安全可靠

• 可根據樣品大小定制化不同系統

植物CT成像系統技術參數：

1. 系統硬件

系統規格

• 尺寸：1800mm（寬）x 900mm（深）x 1600mm（高）

• 焦點到檢測器的大距離：850mm

• 視野范圍：11.4 x 14.5 cm

• 旋轉臺：n x 360°

• 成像速度：5min/盆

安全電路(EN)

• 門和光信號監視系統的雙面電路故障安全互鎖系統

X-射線檢測器:

• 活動面積：145 x 114 mm

• 分辨率：約2940 x 2304像素

• 像素間距：50μm

X-射線源

• 電子管電壓：10-180 kV

• 包括發電機的整體式光源

環境條件

• 供電： 230V或380V，50Hz

• 溫度：運行溫度10 °C–30 °C，儲藏溫度0 °C – 50 °C

• 濕度：運行/儲存：10 –85%RH （無結露現象）

• 環境防護：關鍵部位涂有額外的保護涂層，以適應比較苛刻的環境（如灰塵）。如有其它特殊防護要求請客戶提前做出說明。

輻射屏蔽

• 測量室環繞鉛當量，機柜外輻射大劑量率300 nSv/h，符合歐洲安全標準。

2. IT硬件

PC技術參數

• 64 位處理器

• 8 GB 內存

• 1 TB 硬盤空間

• DVD 刻錄

• NVIDIA GeForce 9400 GT

• Windows 7 (64 位)

視覺/分析/重建 PC的技術參數

• 64位多核處理器

• 128G內存

• 4 TB硬盤空間

• DVD刻錄

• NVIDIA GeForce Titan X

• Windows 7 (64 位)

• 24寸TFT顯示器

3. 工作軟件

Fraunhofer Volex 6：測量和構建軟件

• 標準3D CT掃描程序供線上線下數據庫的構建，自動修正減少環狀偽影、預估旋轉中心。

• 軟件界面優化、易于使用。

測量分析體積 (3DCT)

• 體素尺寸50μm，直徑< 114 mm，高度＜145 mm

同步圖像采集和構建

• 圖像采集完成之后構建數據同步提供

數據分析

• 重建的體積是在測量后手動的進行分析，分析軟件由Fraunhofer VolumePlayer的插件進行，測量結果是被分離的根系系統，客戶可以付費增加新的分析。

Fraunhofer VolumePlayer (VP)

應用于2D、3D灰度值圖像數據（8-Bit, 16-Bit 和 32-Bit ）的分析和可視化。提供客戶需要的結構模塊和可擴展模塊。提到的標準配置有：

• 可視化數據層

• 利用直方圖、本地統計、手動圖像、灰度值分布、查詢表、測量工具等手動圖像分析

• 體積數據作為圖像序列生成

• 視角連接

• 處理8-bit, 16-bit和浮點值

• 實時處理3D數據生成三維顯示

• 不同的顯示方法

• 圖像疊加，紅藍眼鏡可視3D圖像