同步辐射成像技术应用于肿瘤新生血管的实验初探

肿瘤新生血管对肿瘤的生长、转移有重要作用,但目前传统影像技术只能分辨直径大于200 μm的血管.同步辐射相衬成像技术对生物软组织如血管、肿瘤等成像有巨大优势,空间分辨率可达1 μm.本研究用上海光源(SSRF)X射线成像与生物医学应用光束线站,不使用造影剂,对不同时期的裸鼠脊背皮翼4T1乳腺癌视窗模型内的肿瘤新生血管相衬成像,观察到密集、不规则、细小弯曲的肿瘤新生血管,能分辨的最小血管直径20-30μm.     

激光核聚变靶的X射线相衬显微成像研究

激光核聚变在置有聚合物靶丸的金属靶室内进行,靶丸通常由碳、氢等低Z元素组成,传统的X射线成像很难诊断靶丸在靶室内的位置.X射线相衬成像在低z元素样品成像中具有独特的优越性,但很少用于强吸收介质包裹的低Z样品结构成像.针对激光核聚变靶丸位置无损检测这一难点,建立了相应的X射线相衬显微成像物理模型.数字模拟和微聚焦源X射线相衬成像初步实验研究的结果表明,通过选择合适的成像参数,如光子能量、成像距离等,可以获得靶丸位置的清晰成像.因此,可以认为X射线相衬成像技术用于激光核聚变靶室诊断是可行的.该技术还可以扩展到其他高Z介质内部低Z样品结构成像,如石油勘探中包裹体的研究等.     

双能量X射线荧光全息图重构算法消除孪生像的模拟研究

X射线荧光全息术以样品内部的发光原子作为相干光源进行全息成像,可以直接观测到晶体内部原子的三维排列结构.和传统的全息术一样,X射线荧光全息术也遇到了孪生像问题.本文以27个Fe原子成立方排列的结构为模型,采用双能量荧光全息图重构算法研究入射X射线能量的选取对消除孪生像效果的影响.结果表明:记录荧光全息图的两个X射线能量越接近(对于内探测器全息术而言,最小能量差取决于单色器和探测器的能量分辨率;对于内源全息术而言,最小的能量差取决于元素的两个紧邻荧光能量差和探测器的能量分辨率),消除孪生像的效果越好;而入射X射线的能量越高,则原子像的分辨率越高.     

20 Hz高时空分辨X射线单色光动态显微CT研究

与白光X射线动态显微CT(Micro Computed Tomography)相比,单色光X射线动态显微CT具有较低的辐射损伤和较高的密度分辨率,但是更难以平衡其空间和时间分辨率。目前,单色光X射线动态显微CT的最高时间分辨率可达到13.3 Hz,探测器有效像素尺寸为5μm。为了构建具有更高时空分辨率的单色光X射线动态显微CT系统,基于上海光源快速X光成像线站（BL16U2）的高通量密度单色光,将高速转台与三镜头大数值孔径快速X射线成像探测器相结合,构建了实验系统。以速发型聚氨酯材料为研究对象进行了验证实验,在15 keV单色光下动态显微CT的时间分辨率达到了20 Hz,探测器有效像素尺寸为2.2μm。对气泡运动进行相关定量分析,证明该系统具有高时空分辨率和高对比度分辨率,可以对复杂运动系统进行四维时空定量分析,为BL16U2线站用户进行高时空分辨率的复杂原位研究提供了强大的实验平台。     

X射线相衬成像用于生物碱沉淀研究的可行性

生物碱与一些特殊的试剂作用生成沉淀。这些反应可用于生物碱的检测和精制。本文分别在同步辐射装置和微聚焦X射线成像系统上用X射线相衬成像(XPCI)方法研究了三种不同类型的生物碱沉淀的结构。研究结果显示：在Hager试剂作用下,有机胺类的秋水仙碱沉淀呈针状,吡啶类的槟榔碱沉淀呈胶团状,异喹啉类的小檗碱沉淀呈花瓣状。与目测或在光学显微镜下观察到的形态有很大差别。为今后用XPCI方法研究更复杂的化学反应体系提供参考和依据。     

同步辐射光源四维原位成像助力材料微结构损伤高分辨表征

具备高时空分辨率的同步辐射光源是标志着现代基础科学核心创新能力的一种大科学装置。介绍了基于高能X射线三维成像的原位加载装置的国内外研究进展,简要论述了作者团队自2011年以来基于上海同步辐射光源和北京同步辐射装置自主研制的系列原位加载装置,包括原位拉伸、压缩、低周疲劳、高周疲劳、超高周疲劳试验机及其样品环境,以及针对轻质高强材料(激光焊接铝合金和激光增材制造铝、钛合金等)缺陷安全性评定开展的研究工作。结果表明,原位加载装置是表征先进材料微结构损伤演化的核心,也是关系国家竞争力的大科学装置的重要支撑。     

使用区域中值滤波算法降低同步辐射红外线站由Top-Up模式引入的噪声

为了提高同步辐射红外光源的光子通量和亮度以及改善光学元件的热稳定性,同步辐射光源现多采用恒流注束(Top-Up)模式,以保持储存环内部束流的稳定.在增强器向储存环注束时,储存环电流的瞬时起伏及电子束团位置的变动等会使同步辐射红外线站所用红外傅立叶变换(FTIR)光谱仪所采的干涉图上出现较大的波动,形成噪声;本文根据该噪声的特点,以及全域中值滤波算法处理该类型的噪声的不足,提出使用区域中值滤波算法对红外谱学线站使用的FTIR光谱仪所采的干涉图进行预处理,以消除由Top-Up模式引入的噪声的影响;并根据该型噪声的特点和区域中值滤波算法的处理过程,设计了一套去除由Top-Up模式引入的同步辐射红外谱学噪声的流程,使该区域中值滤波算法的处理过程无需人工干预;使用该区域中值滤波算法对具有该型噪声的干涉图进行了降噪处理,计算结果表明:使用该滤波算法可消除由Top-Up模式引入噪声的影响,提升Top-Up模式下所采光谱的信噪比.     

基于同步辐射高能X射线的喷油器喷嘴内部几何结构及尺寸的测量

由于目前很难精确地对柴油喷油器喷嘴内部结构和尺寸进行直接测量,利用上海光源高能高通量同步辐射X射线,对喷油器进行X线层析扫描,获得了高精度的喷油器内部三维结构模型,并基于该模型实现了柴油机喷油器的喷孔孔径、喷孔间夹角、喷孔锥角以及喷孔上下倒角半径的测量。测量结果表明,用本文方法能够实现喷油器内部结构及尺寸的测量,且测量得到的各种尺寸参数具有较高的精度。     

一种新型X射线相衬成像实验室系统

目前的X射线相衬成像研究大都采用同步辐射光源。光源点尺寸达微米量级的X射线管辐射具有较好的空间相干性，也可用于相衬成像研究。本文报道了一种基于纳聚焦x射线管的新型相衬成像实验室系统，光源点尺寸可达500nm。实验结果表明，该系统可对低Z样品如生物软组织、有机样品等的内部结构成清晰像，分辨率可达微米量级。与已有系统相比较，其空间分辨率和有效通量都有相当大的提高。锥形光束张角约为300，通过纵向扫描机构调节样品与光源点间距可调整投影放大率，从而降低对探测器分辨率的要求。适用于大样品研究，且可实现样品的横向二维扫描。在医学、生物学、材料科学及化学反应动力学等领域有重要应用前景。