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    高通量植物根系表型計算機斷層掃描系統TuberCT

    植物根系的表型研究非常困難。過去曾采用微根窗法、采樣洗滌掃描法、瓊脂培養原位觀察法、X光單向掃描法等來測量根系的表型。微根窗法能夠在土壤中原位測量,但只能觀察根窗表面的根;采樣洗滌掃描法屬于破壞性測量,不能連續觀測,且采樣會破壞根系在自然界的形態;瓊脂培養原位觀察法可以很好的看到培養在透明瓊脂中的根,但只適用于小型植物,且不是在自然土壤中測量;X光單向掃描法要求根系生長在特殊的泡沫塑料介質中,不能測量土壤中的根系,且介質厚度不能超過10 cm。

    為解決上述問題,德國研究人員專為生長的花盆內部自然土壤中的植物根系表型研究設計了一款計算機斷層掃描系統,即CT系統。該系統叫做TuberCT,是傳送型高通量植物表型平臺的重要組成部分。

    高通量植物根系表型計算機斷層掃描系統TuberCT

    植物根系的表型研究非常困難。過去曾采用微根窗法、采樣洗滌掃描法、瓊脂培養原位觀察法、X光單向掃描法等來測量根系的表型。微根窗法能夠在土壤中原位測量,但只能觀察根窗表面的根;采樣洗滌掃描法屬于破壞性測量,不能連續觀測,且采樣會破壞根系在自然界的形態;瓊脂培養原位觀察法可以很好的看到培養在透明瓊脂中的根,但只適用于小型植物,且不是在自然土壤中測量;X光單向掃描法要求根系生長在特殊的泡沫塑料介質中,不能測量土壤中的根系,且介質厚度不能超過10 cm。

    為解決上述問題,德國研究人員專為生長的花盆內部自然土壤中的植物根系表型研究設計了一款計算機斷層掃描系統,即CT系統。該系統叫做TuberCT,是傳送型高通量植物表型平臺的重要組成部分。

    tuberCT-水印

    功能特性

        ?  專為植物表型研究設計的CT系統

        ?  研究直徑20 cm 高度20 cm花盆內的根系表型

        ?  與高通量植物表型平臺集成在一起使用

        ?  對花盆進行360度旋轉斷層掃描(CT)

        ?  掃描結束后自動完成3D重建

    應用領域

    直徑200 um以上根系的高通量CT測量。

    Components-Setup-水印

    基本原理

    CT原理-水印

    CT是用X線束從多個方向對受檢物體具有一定厚度的層面進行掃描,由探測器而不用膠片接收透過該層面的X線,轉變為可見光后,由光電轉換器轉變為電信號,再經模擬/數字轉換器轉為數字,輸人計算機處理。圖像處理時將選定層面分成若干個體積相同的立方體,稱之為體素(voxel)。掃描所得數據經計算而獲得每個體素的X線衰減系數或稱吸收系數,再排列成矩陣,即構成數字矩陣。數字矩陣中的每個數字經數字/模擬轉換器轉為由黑到白不等灰度的小方塊,稱之為像素(pixel),并按原有矩陣順序排列,即構成CT圖像。所以,CT圖像是由一定數目像素組成的灰階圖像,是數字圖像,是重建的斷層圖像。每個體素X線吸收系數可通過不同的數學方法算出。

    高通量植物根系CT表型測量過程

    5張圖-水印

    上圖:從左至右,植物被自動傳送進入TuberCT進行測量

    下圖:從上至下,植物被傳送到TuberCT內部后,對植物進行360度旋轉CT掃描的過程

    Technical Sketch of TuberCT_頁面_07-水印Technical Sketch of TuberCT_頁面_08-水印Technical Sketch of TuberCT_頁面_09-水印Technical Sketch of TuberCT_頁面_10-水印Technical Sketch of TuberCT_頁面_11-水印Technical Sketch of TuberCT_頁面_12-水印Technical Sketch of TuberCT_頁面_13-水印Technical Sketch of TuberCT_頁面_14-水印Technical Sketch of TuberCT_頁面_15-水印

    主要技術參數

    硬件

    X-射線艙以及操縱系統

        ?  尺寸:不包括外圍設備約5 m x 1.5 m x 2.5 m(高壓供電及控制箱需要額外1.5 m x 1 m)

        ?  焦點到檢測器的最大距離:850 mm

        ?  焦點到被測物的距離:740 mm

        ?  視野面積:20 x 20 cm(即花盆直徑最大20 cm,花盆高度最大20 cm)

        ?  安全防護:硬件互鎖,一旦門被打開射線發射器馬上停止工作

        ?  高通量測量:X-射線檢測器以及X-射線管安裝在傳送帶系統上,可以360°循環旋轉測量

        ?  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。

        ?  成像速度:為5 min/盆

     運行環境要求

        ?  溫度:運行溫度10℃ – 30℃;儲藏溫度 0℃ – 50℃

        ?  濕度:運行/儲藏 10-85%RH(無冷凝水)

        ?  電壓:230 V或380V,@50 Hz

    X-射線檢測器

        ?  有效面積:200 x 200 mm

        ?  像素間距:100 μm

        ?  分辨率約為 2000 x 2000 像素

    X-射線管

        ?  電壓:10-225 kV

        ?  功率:800 W(光管焦斑尺寸為400 μm) 或 1800 W(光管焦斑尺寸為1 mm)

        ?  高壓供電:配備有高壓電源(電流16 A )

    測量以及重建軟件

    X-射線數據采集的性能特征

    通過同一個軟件界面集成控制不同的硬件如X-射線管、操作臺、檢測器等。這樣不需要任何軟件改編就能控制不同廠家的硬件。基于這個理念,如果確有需要,可以很輕松的更換硬件而不需要更改軟件。

    基于VastVolumeInspection模塊的模型重建的性能特點

    重建模塊能提供許多種可能的最優方案,還能靈活的運用三維數據進行計算:

        ?  最佳優化的實施重建算法,在測量進行中可以進行三維數據的計算

        ?  對時間要求嚴格的應用的重建可以在一個集群上進行:一個靈活的執行重建的網絡可以最高效的利用可用的電腦性能,即使是在數據量很大的情況下

        ?  能在脫機情況下對已獲取的數據進行重建,從而可以根據要求更改重建參數

        ?  基于開放的數據格式分析,用戶可以直接的對已經測量的投影數據進行可視化處理

    運用VolumePlayerPlus對數據和結果進行可視化

    VolumePlayerPlus程序是用來分析和可視化2D、3D灰度圖像數據的。它是由模塊化的組件構成,可以靈活的拓展。 

    工作電腦

    測量電腦的技術參數

        工業內置電腦嵌入系統中:

        ?  64位多核處理器

        ?  4 GB內存

        ?  1 TB硬盤

        ?  DVD 刻錄機

        ?  NVIDIA GeForce 9400 GT顯卡

        ?  Windows 7 (32位) 操作系統

    重建電腦的技術參數

    基于4 GPU的重建電腦具有如下的技術參數:

        ?  64位多核處理器

        ?  16 GB內存

        ?  1 TB 硬盤

        ?  NVIDIA GeForce Titan X顯卡

        ?  Windows 7 (64位) 操作系統

        ?  22’ TFT顯示器

    分析/可視化處理電腦的技術參數

    遠程操作用的外置分析/可視化處理電腦

        ?  64位多核處理器

        ?  96 GB內存

        ?  4 TB 硬盤

        ?  DVD 刻錄機

        ?  NVIDIA GeForce GTX 960顯卡

        ?  Windows 7 (64位) 操作系統

        ?  24’ TFT顯示器

    產地:歐洲


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