小型化软X射线显微成像技术及焦深拓展方法研究

论文摘要

由于软X射线显微成像系统采用了水窗波段（2.3-4.4 nm）的软X射线,在对自然状态下含水活细胞进行纳米尺度的高衬度成像方面有着独特的优势,是观测细胞内真实超微结构的关键工具。三维软X射线显微成像将X射线显微成像技术与传统断层成像（CT）技术相结合,通过基于多层膜反射镜和波带片等器件的X射线显微成像技术实现含水活细胞的高分辨显微成像,并通过基于多角度投影的传统断层成像（CT）技术实现样本的三维结构重构。目前软X射线显微成像较多采用同步辐射光源,此类光源必须使用大型同步加速器,成像装置须搭建在具有同步辐射设施的地方,并有着极高的建设成本和建设复杂度,使其在光源的可获得性上受到了极大的制约,很大程度地限制了这项技术的应用普及。近年来,随着小型化软X射线光源技术的不断发展、光源性能的不断提升,基于等离子体辐射的小型化软X射线光源得到了越来越多的应用,这种光源具有体积小、成本低、易获取的优势,为小型化软X射线显微成像技术的发展提供了有力的支持。本文针对软X射线显微成像系统提出一种基于激光等离子体的小型化软X射线光源的实现方案,能够提供低碎屑、稳定、高强度、易调节、低成本的软X射线,用于对含水样本的成像。波带片作为软X射线成像系统中的物镜,是系统的关键部件,通过X射线的衍射实现对生物样本的放大,波带片的成像模型对于整个系统成像模型的研究至关重要,本文采用角谱分析法对波带片成像模型进行仿真,并利用了菲涅尔波带片的圆对称性降低计算量,最终获得菲涅尔波带片的衍射角谱以及不同离焦平面下的点扩散函数（PSF）,有助于进一步了解系统的成像模型,为成像系统的焦深拓展算法研究提供了理论支持。对于具有一定焦深的软X射线显微成像系统,由于波带片成像时具有一定的焦深（DOF）,样本在焦深内时成像分辨率较高,若样本有部分处于焦深外时,会由于离焦而出现模糊的现象,造成最终重建三维图像的分辨率较低。本文使用基于PSF去模糊及图像堆栈融合的方法,对成像系统的固有焦深（DOF）进行拓展,能提高成像系统的观察范围,使厚度大于焦深的样本也能够在不损失分辨率的情况下进行成像。最后本文介绍了基于等离子体光源的小型软X射线成像实验平台的搭建情况,该系统目前正在搭建中。激光等离子体光源是该系统的核心部件,目前已经能够实现长时间的稳定工作。另外,设计了一个配套小型化软X射线显微成像系统的软件,能够实现硬件控制、数据预处理、三维重建、图像后处理等功能,为使用小型化软X射线显微的科研人员提供一个功能丰富的可交互操作软件。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘炜

导师: Nicola D’Ascenzo

关键词: 软射线显微成像,小型化软射线光源,激光等离子体,菲涅耳波带片,点扩散函数,焦深拓展

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,生物学,计算机软件及计算机应用

单位: 华中科技大学

分类号: Q-334;TP391.41;O434.1

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.001270

总页数: 94

文件大小: 3609K

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标签：软射线显微成像论文;  小型化软射线光源论文;  激光等离子体论文;  菲涅耳波带片论文;  点扩散函数论文;  焦深拓展论文;