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◕✘│☁，轉變為可見光後◕✘│☁，由光電轉換變為電訊號◕✘│☁，再經模擬/數字轉換器轉為數字◕✘│☁，輸入計算機處理✘↟。影象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)✘↟。
掃描所得資訊經計算而獲得每個體素的X射線衰減係數或吸收係數◕✘│☁，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◕✘│☁，即畫素 (pixel)◕✘│☁，並按矩陣排列◕✘│☁，即構成CT影象✘↟。所以◕✘│☁，CT影象是重建影象✘↟。每個體素的X射線吸收係數可以透過不同的數學方法算出✘↟。
CT的工作程式是這樣的✘↟╃：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◕✘│☁，然後將測量所獲取的資料輸入計算機◕✘│☁，計算機對資料進行處理後◕✘│☁，就可攝下檢測區域植物組織的斷面或立體影象◕✘│☁，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先進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佈；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杆◕✘│☁，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◕✘│☁，德國著名研究所推出了專門用於植物研究的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◕✘│☁，無需專業的影象處理知識◕✘│☁，可獲取形態學以及內部性狀資訊✘↟。
植物CT成像系統應用領域✘↟╃：
實驗室植物CT成像系統廣泛應用於植物對植物根系▩·↟◕、莖杆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◕✘│☁，也可以測量莖杆的3D結構✘↟。
植物CT成像系統主要特點✘↟╃：
• 適用於研究植物根系和莖杆
• 分析軟體自動將盆栽中的土壤和根系分離◕✘│☁，遮蔽土壤干擾
• 裝置佔地空間小◕✘│☁，操作簡單
• 體素50µm
• 可360度旋轉拍攝樣品
• 同步影象採集及3D重建
• 裝置自帶X光遮蔽層◕✘│☁，安全可靠
• 可根據樣品大小定製化不同系統
植物CT成像系統技術引數✘↟╃：
1. 系統硬體
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
• 視野範圍✘↟╃：11.4 x 14.5 cm
• 旋轉臺✘↟╃：n x 360°
• 成像速度✘↟╃：5min/盆
安全電路(EN)
• 門和光訊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
• 解析度✘↟╃：約2940 x 2304畫素
• 畫素間距✘↟╃：50μm
X-射線源
• 電子管電壓✘↟╃：10-180 kV
• 包括髮電機的整體式光源
環境條件
• 供電✘↟╃： 230V或380V◕✘│☁，50Hz
• 溫度✘↟╃：執行溫度10 °C–30 °C◕✘│☁，儲藏溫度0 °C – 50 °C
• 溼度✘↟╃：執行/儲存✘↟╃：10 –85%RH （無結露現象）
• 環境防護✘↟╃：關鍵部位塗有額外的保護塗層◕✘│☁，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✘↟。
輻射遮蔽
• 測量室環繞鉛當量◕✘│☁，機櫃外輻射大劑量率300 nSv/h◕✘│☁，符合歐洲安全標準✘↟。
2. IT硬體
PC技術引數
• 64 位處理器
• 8 GB 記憶體
• 1 TB 硬碟空間
• DVD 燒錄
• NVIDIA GeForce 9400 GT
• Windows 7 (64 位)
視覺/分析/重建 PC的技術引數
• 64位多核處理器
• 128G記憶體
• 4 TB硬碟空間
• DVD燒錄
• NVIDIA GeForce Titan X
• Windows 7 (64 位)
• 24寸TFT顯示器
3. 工作軟體
Fraunhofer Volex 6✘↟╃：測量和構建軟體
• 標準3D CT掃描程式供線上線下資料庫的構建◕✘│☁，自動修正減少環狀偽影▩·↟◕、預估旋轉中心✘↟。
• 軟體介面最佳化▩·↟◕、易於使用✘↟。
測量分析體積 (3DCT)
• 體素尺寸50μm◕✘│☁，直徑< 114 mm◕✘│☁，高度＜145 mm
同步影象採集和構建
• 影象採集完成之後構建資料同步提供
資料分析
• 重建的體積是在測量後手動的進行分析◕✘│☁，分析軟體由Fraunhofer VolumePlayer的外掛進行◕✘│☁，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)
應用於2D▩·↟◕、3D灰度值影象資料（8-Bit, 16-Bit 和 32-Bit ）的分析和視覺化✘↟。提供客戶需要的結構模組和可擴充套件模組✘↟。提到的標準配置有✘↟╃：
• 視覺化資料層
• 利用直方圖▩·↟◕、本地統計▩·↟◕、手動影象▩·↟◕、灰度值分佈▩·↟◕、查詢表▩·↟◕、測量工具等手動影象分析
• 體積資料作為影象序列生成
• 視角連線
• 處理8-bit, 16-bit和浮點值
• 實時處理3D資料生成三維顯示
• 不同的顯示方法
• 影象疊加◕✘│☁，紅藍眼鏡可視3D影象
