分辨率

4D前沿技术原位动态听客户说 CUSTOMER唯一一款适合实验室的动态显微CT揭秘革命性X射线显微CT显微CT，是现有的唯一一种能够对样品的内部结构和成分进行成像的显微镜方法。如今，显微 CT 的无损成像技术可以随着时间的变化跟踪记录样品的动态行为，时间就是第四维，这是最新的时间分辨显微CT（4D CT）。尽管4D CT向科学界展示了一种全新的研究方法，能够以微米级分辨率从内到外跟踪样品的变化过程，但该方法仍有一些局限性：实验室中的传统显微CT 是一种相对较慢的成像方法。在CT 360度旋转扫描过程中，采集的时间需要快于样品内部发生变化的时间，否则重建出的三维结果会有运动伪影，这意味着传统实验室中的时间分辨 CT 只能用于跟踪监测非常缓慢的过程，例如金属腐蚀，蠕变过程或缓慢结晶现象。在破坏性实验情况下，例如压缩实验，这类实验需要在不同阶段停止，以便进行准静态成像，传统时间分辨CT无法跟踪快速和不间断的变化过程。如今，最快速的解决方案是用同步加速器显微CT，它的时间分辨率远小于每秒一圈。然而，它们的可用范围相当有限、运行成本也十分昂贵。相对以上2种方案，动态显微 CT 解决方案DynaTOM，适用范围更广，性价比更高，目前，是市场上唯一一款介于传统实验室显微 CT 和同步加速器显微 CT 之间的桥梁。DynaTOM动态显微CT不仅具有高读取速度且高功率的 X 射线源和探测器，能够在几秒钟内采集完整的 3D 断层图像。更重要的是可实现样品或射线源-探测器的连续、无限旋转。解决哪些痛点FEATURES终于可实现不间断的3D原位实验的CT系统达到低至0.6微米的空间分辨率能构建出完整的层析图像，以秒为单位终于将实验室的显微CT时间分辨率极限降低到几秒钟应用场景 APPLICATION已经被成功应用于：一、作为验证计算模型的工具动态 CT 被用作数值模型的验证工具，预测和模拟泡沫金属的机械性能。这些泡沫金属是我们日常生活中存在的许多物体和材料的关键材料。它们在轻型车辆中使用但不会影响强度（航空航天、汽车），也可用于减振（作汽车的车前防撞缓冲区）。然而，表征这些泡沫金属并非易事，因为它们是不透明的、复杂的3D 结构。传统的机械测试只能从宏观角度测试材料性能，无法完全了解微观细节。因此，通常将数值建模作为一种新的工具来模拟实验和预测泡沫金属的应力应变行为。但到目前为止，还没有真正的方法可以验证这些数值模型的结果，因此引入了动态显微CT 来评估泡沫金属压缩模拟结果的有效性。（泡沫支柱的屈曲在实验（左）和模拟（右）中展现）二、作为量化药片快速结构变化的工具动态 CT 用于更好地了解药物固体剂型（片剂或胶囊）的溶解过程。剂型是控制患者的活性药物成分的主要形式，通常由压实的粉末和添加的赋形剂组成。为了将活性药物成分输送给患者，压实的片剂需要机械破碎成更小的颗粒。而辅料的混合是必不可少的，因为它可以控制药物在体内的释放过程并确保产品的品质。因此，固体剂型是在不同长度尺度上具有高度异质性的复杂结构。大多数了解片剂溶解行为的定量研究都是基于测量整个片剂或单个颗粒的体积增加。通常，体积增加是由于产品与水接触时的溶胀机制。可以通过液滴方法或直接通过毛细管吸收来添加水，并且通常可以直观地记录体积变化。然而，为了同时研究水在片剂内部的渗透、崩解和溶胀，需要以非破坏性和全 3D 方式可视化该过程。（动态实验在时间轴上的三个不同阶段。水锋在平板电脑上移动得非常快；吸水后，样品中存在大的裂缝和空隙，并且观察到体积增加。）三、更多应用实例，请搜索bilibili视频号：TESCAN中国实验室中的动态显微 CT 是时间分辨、无损成像的新前沿。在实验室显微 CT 系统上快速、不间断地成像的能力为先进材料开辟了新的评估方法，并使工程师能够通过原位实验验证或纠正材料行为。结合使用专业解决方案的数值模型，这种新的分析方法将显着提高新材料和设备的开发速度，同时降低其开发成本。(以上文章已被科技界4大杂志巨头之一Wiley旗下的Wiley Analytical Science收录。具体应用内容请关注下一期“前沿分享”） 敬请期待下一期...

在 X 射线 CT 中，空间分辨率是重要的量化参数之一，它被定义为重建图像中两点之间可以区分的最小线性距离。因此，对空间分辨率的适当评估是至关重要的，特别是对于微纳 CT 这种高精度要求的成像系统。目前有两种最常见的空间分辨率评估方法：第一种是利用分辨率测试卡评估，其包含了可进行直接视觉评估的图案结构，在工艺上可制成二维和三维结构，适用于 X 射线断层和 X 射线 CT。测试卡的优势在于操作简单，可直观评估分辨率。但测试卡有一个明确定义的结构分布，只能评估测试卡上所列的图案尺寸；第二种是利用遵守 ASTM E1695-95 标准（Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance）的斜边法或边缘瞬变法，光源扫描圆柱体或球体边缘，随后基于一套标准的数据处理方法计算空间分辨率。该方法需严格遵守测试标准，能够精确度量空间分辨率且不受测试卡的图案尺寸限制。1Resolution-spirit—微纳 CT 空间分辨率测试捷克CACTUX公司推出的 Resolution-spirit 是按照 ASTM E1695-95 标准制造的微纳 CT 模体，并由超精密三维测量机 nano-CMM 标定。Resolution-spirit 是一个高精度的红宝石球(Φ=0.5~5 mm)，粘在一根碳棒上，如下图(左)所示。为评估 XY 平面的分辨率，只需对模体成像，如下图(右)所示，其中绿点为计算的质量中心。用户只需对模体边缘像素的数据进行处理，即两个红色圈内的数据，以质量中心为准，获得不同半径下强度分布—边缘响应函数(ERF)。这里最大挑战是以非常高的精度确定质量中心，如果没有正确地定义中心，那么根据中心对像素进行分组将不准确，错误将导致边缘模糊。然后依次通过求导和傅里叶变换得到点扩散函数(PSF)和调制传递函数(MTF)，根据体素大小和 MTF 精确算出空间分辨率。最后类推到其他平面，可获得 CT 系统的三维空间分辨率。例如，布尔诺理工大学的研究人员利用传统 2D 分辨率测试卡和模体对 Heliscan 微米 CT 进行分辨率测试，如下表所示，模体能提供更精确的度量。2 Voxel-spirit—纳米 CT 体素校准在锥束 X 射线 CT 中，光源、样品和探测器之间的距离(SOD和SDD)影响重建体的视觉保真度和体素大小。除了这两个距离的估计存在偏差外，体素大小的真实值还受到 X 射线源漂移、CT 组件热膨胀、探测器和转台倾斜等因素的影响。因此，使用参考样品进行校准是防止在估计体素大小时出现误差的适当工具。对于视场在 10 mm及以上的锥束CT，体素尺寸校准已经很好地建立起来，并且有大量合适的参考样品可用。然而，对于小视场、高分辨率的微纳 CT 来说，很难找到合适的参考样品。CACTUX 的 Voxel-spirit 可以对 SOD 和 SDD 的误差进行精确校准，从而提高重建质量和体素大小的准确性，其适用于视场较小且锥束放大倍率接近 1 的微纳 CT。voxel-spirit由两个高精度的红宝石球(Φ=0.3 mm)组成，它们粘在一根碳棒上，球中心间距(约0.5 mm)并且经过 nano-CMM 严格度量，精度约 70 nm，如下图所示。首先保证两个球体完全在视场内，光源中心与探测器平面正交，两球中心连线平行于探测器平面。在对 Voxel-spirit成像后，可根据下图公式 1 计算体素大小。根据这种关系，在体素大小上的误差可能是由于 SOD 和 SDD 的不精确以及像素大小 p 的不精确造成的，而这些在实验中都是难以精确测量的。因此，在给定的 CT 测量条件下，利用图像中两球中心间距 lCT 和真实度量过的球中心间距 lref，可以获得体素修正因子 cf，算出修正后的体素大小，如下图公式 2、3。3 R1-shadow—微纳 CT 机械误差校正在微纳 CT、双能 CT 或 4D CT中，旋转转台同样会引入误差，即旋转中心的不对准、装台的不稳定或移动等等。尤其是针对颗粒、粉末样品，更容易受到这些机械误差的影响。CACTUX 的 R1-shadow 可以快速直观地纠正这些机械误差，并且提供配套的数据处理软件。R1-shadow是一个由 kapton 制成的样品基底(Φ=25~100 um)，在中心处有一根碳纤维增强棒(Φ=2.5~10 um)作为机械误差校准的参考基准点，如下图所示。在确保基准点获得较高对比度的图像后，即可开始 CT 测量。下图展示了胶囊颗粒在机械误差修正前后的图像，可以清晰看到修正后的红色区域伪影消除了。 点击获取产品详细信息：捷克 CactuX—致力于提升您微纳 CT 系统的成像质量和测试效率参考文献：1. Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance: E 1695–95. 1st edition. United States: American Society for Testing and Materials, 2013.2. Bla&zcaron ek P, &Scaron rámek J, Zikmund T, et al. Voxel size and calibration for CT measurements with a small field of view. Proceedings of the 9th Conference on Industrial Computed Tomography (iCT 2019), Padova, Italy. 2019: 13-15.3. Zemek M, Bla&zcaron ek P, &Scaron rámek J, et al. Voxel size calibration for high-resolution CT. 10th Conf. on Industrial Computed Tomography. 2020: 1-8.4. Laznovsky J, Brinek A, Salplachta J, et al. 3D spatial resolution evaluation for helical CT according to ASTM E1695–95. 10th Conference on Industrial Computed Tomography. 2020.5. Laznovsky J,Brinek A, Salplachta J, et al. Comparison of two different approaches for Spatial Resolution determination for X-ray Computed Tomography with helical scanning trajectory.

在科技的不断进步与创新中，像增强相机已成为众多科学问题探索过程中不可或缺的工具。像增强相机是一种利用像增强器对弱信号进行增益放大的特殊相机，它可以极大提高相机的成像灵敏度。但是由于像增强器中起增益放大作用的微通道板（MCP）会极大的限制相机的分辨率，因此，目前市面上的像增强相机空间分辨率一般低于30lp/mm，这大大限制了很多有着较高分辨率要求的应用场景。今天，我们自豪地宣布，中智科仪的最新力作——TRC428高分辨率像增强相机即将面世。这款革命性的产品将带来卓越的空间分辨率、出色的性能表现以及无与伦比的可靠性，将满足您对高分辨率需求的一切期待。TRC428 高分辨率像增强相机搭载了全新的图像传感器芯片，分辨率高达3200x2200，单像素尺寸4.5um，为用户提供了前所未有的图像质量和分辨率，同时，我们集成了新一代的高空间分辨率、高量子效率、低噪声像增强器，且成功突破了高分辨率CMOS相机与增强器实现光纤锥耦合工艺的技术壁垒。这一突破性的技术提升使得相机的整机空间分辨率高达45lp/mm以上，重新定义了像增强型相机成像分辨率的标准。TRC428高分辨率像增强相机具有特点及优势：高空间分辨率：TRC428高分辨率像增强相机采用新一代高空间分辨率像增强器，以及3200x2200高分辨率CMOS图像传感器，利用4um芯径光纤面板将二者进行光学耦合，借助先进的耦合工艺，整机空间分辨率优于40lp/mm，为用户提供了极致的图像分辨率，使您能够捕捉到每一个细微的细节。TRC411相机（左）和TRC428相机（右）空间分辨率测试对比超短光学快门：TRC428高分辨率像增强相机可实现低至500ps的光学快门，可以以皮秒精度捕捉瞬态现象，并大幅降低背景噪声；针对瞬态吸收荧光光谱应用场景，可以实现更高的时间分辨率；针对门控拉曼光谱采集应用场景，抑制荧光和背景光能力更加卓越。特别适用于各种时间分辨成像以及超快过程探测。500ps光学门宽高时间同步精度：TRC428高分辨率像增强相机内置10皮秒精度的3通道同步时序控制器，可以进行相机与外部设备的高精度延迟和同步，无需额外的同步触发设备即可轻松实现多台设备之间的精准同步控制；各个通道可独立控制同步信号脉宽及延时，延迟精度高达10皮秒，通道间同步时间抖动小于35ps（RMS）。10ps延时精度高快门重复频率：TRC428高分辨率像增强相机快门工作重复频率可高达500kHz，可以更高效的实现高频信号采集；且支持片上积分（IOC）模式，一次CMOS曝光时间内可以支持更多次的“Burst”累积，这在可重复的弱信号采集应用中可有效提高信噪比。在激光诱导荧光光谱采集应用场景下，可以同步更高频率的激发光源，提高光谱信号激发和采集效率；在量子关联成像应用场景下，更高的快门工作频率可以适应更高的光子发生率，从而获取更丰富的成像信息，更快实现关联成像。片上积分（IOC）模式工作示意图方便易用的软件：TRC428高分辨率像增强相机的控制与操作可以完全兼容SmartCapture软件，功能丰富，方便易操作。SmartCapture软件界面及功能特点高分辨率像增强相机的以上特点和优势除了在成像应用领域为用户带来革命性的应用体验外，在门控光谱仪系统中也将发挥重要的优势。众所周知，探测器的分辨率对于光谱采集系统的光谱分辨率至关重要，但是在一些与时间分辨相关的光谱以及极弱单光子光谱信号采集系统中，单色仪需要配置具有门控功能的像增强相机做为探测器，从而实现时间分辨光谱和极弱单光子光谱信号采集测量。但是，像增强相机的低空间分辨率会极大限制光谱分辨率，相对于普通探测器，配置门控型像增强相机做为探测器的光谱仪分辨率将会降低约1.5倍左右（经验值）。高分辨率像增强相机的问世将在一定程度上解决这一问题。我们将TRC428高分辨率像增强相机与MS5204i光谱仪集成，形成一套纳秒门控光谱仪，利用这套门纳秒控光谱仪进行了极限光谱分辨率测试，并与集成了标准像增强相机的纳秒门控光谱仪测试结果进行了对比：结果如下：TRC428高分辨像增强相机，分辨率26.73pm@546.075nmTRC411像增强相机，分辨率35.64pm@546.075nm集成了TRC428高分辨率像增强相机的纳秒门控光谱仪，极限光谱分辨率可达26.73pm；但集成TRC411标准像增强相机的纳秒门控光谱仪，采用同样的光谱仪设置，对同样的光谱信号进行采集，能够达到的极限光谱分辨率仅为35.64pm。其他更多波长的光谱分辨率对比如下所示（不同波长对应的增益有所不同）：波长（nm）253.652365.015404.656435.833546.075579.066TRC411相机35.10pm40.50pm39.96pm32.40pm35.64pm39.69pmTRC428相机24.57pm23.63pm23.31pm25.92pm26.73pm28.35pm由以上对比数据可以看出，使用TRC428高分辨率像增强相机做为探测器的纳秒门控光谱仪，相对于使用TRC411相机做为探测器的纳秒门控光谱仪，在光谱分辨率上有30%以上的提升。配合更长焦距的单色仪，预期光谱分辨率可提升至10pm以内，可应用于等离子光谱以及同位素光谱分析等超高精度要求的应用场景。TRC428高分辨率像增强相机的推出标志着中智科仪对高分辨率成像技术的持续投入和创新。我们相信，TRC428将成为像增强相机行业内的新标杆，为用户提供前所未有的视觉体验和应用价值。同时，TRC428高分辨率像增强相机的问世也证实了像增强相机的空间分辨率有进一步提升的空间，中智科仪将继续努力，持续研发，推动像增强相机的空间分辨率进一步提升。