一种超分辨率显微CT成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超分辨率显微CT成像系统，该系统包括X射线源、X射线转换可见光装置、显微成像装置、中继成像装置、科学级相机、多轴载物运动装置和控制装置，X射线源发射出的X射线穿透被测目标，经由X射线转换可见光装置线性转换成二维可见光光场分布，该二维可见光光场分布从X射线转换可见光装置的出射面向后传播，并作为物方投射到显微成像装置，经由显微成像装置第一次显微放大成像，然后投射到中继成像装置，经由中继成像装置第二次中继放大成像；中继成像装置包括位于中继成像装置的平行光路上的亚像素扫描件，亚像素扫描件用于控制中继成像装置的成像面上的整体二维图像在垂轴面内进行亚像素二维平移，以获得一系列像元细分的二维图像。本发明专利技术能够突破系统原有成像硬件造成的限制，实现超分辨率成像。

【技术实现步骤摘要】
一种超分辨率显微CT成像系统
本专利技术涉及显微CT(英文全称为“computedtomography”)
，特别是涉及一种超分辨率显微CT成像系统。
技术介绍
基于光耦和可见光科学级相机的显微CT系统是目前国际领先的高分辨率X射线成像技术，其基本原理是利用闪烁体将X射线转换成可见光，然后利用显微镜组将可见光分布放大成像在科学级相机芯片上。与常规的基于平板科学级相机的X射线成像相比，该类成像方法除了在X射线部分可进行几何投影放大之外，还能利用光学显微系统进行二次放大，从而实现更高分辨率的X射线成像。在该类系统中，最终成像分辨率是由显微物镜的放大倍率、数值孔径(NA)以及相机芯片的像元尺寸共同决定。考虑到实际的应用需求和硬件限制，例如视野、科学级相机芯片的像元尺寸等因素，已有的此类系统在给定成像视场的情况下，分辨率均存在上限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超分辨率显微CT成像系统来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。为实现上述目的，本专利技术提供一种超分辨率显微CT成像系统，所述超分辨率显微CT成像系统包括X射线源、X射线转换可见光装置、显微成像装置、中继成像装置、科学级相机、多轴载物运动装置和控制装置，其中：所述X射线源向放置在所述多轴载物运动装置上的被测目标投射锥形光束，用于完全辐照所述被测目标与所述X射线源相对的侧面；所述X射线转换可见光装置和所述X射线源分别布置在所述被测目标的两侧，所述X射线转换可见光装置的出射面布置在所述显微成像装置的物面上，所述中继成像装置设在所述显微成像装置与所述科学级相机之间，所述科学级相机探测面位于所述中继成像装置的成像面上；所述X射线源发射出的X射线穿透所述被测目标投射到所述X射线转换可见光装置的入射面，经由所述X射线转换可见光装置线性转换成二维可见光光场分布，该二维可见光光场分布从所述X射线转换可见光装置的出射面向后传播，并作为物方投射到所述显微成像装置，经由所述显微成像装置第一次显微放大成像，然后投射到所述中继成像装置，经由所述中继成像装置第二次中继放大成像；所述中继成像装置包括位于所述中继成像装置的平行光路上的亚像素扫描件，所述亚像素扫描件用于控制所述中继成像装置的成像面上的整体二维图像在垂轴面内进行亚像素二维平移，以获得一系列像元细分的二维图像。进一步地，所述亚像素扫描件包括二轴倾斜镜，所述二轴倾斜镜的反射面与所述显微成像装置的出射光束相对，且所述法线与所述出射光束的光轴的夹角小于90度，所述控制装置通过转动所述二轴倾斜镜来调节所述夹角大小，以控制所述中继成像装置的成像面上的整体二维图像在垂轴面内进行亚像素二维平移。进一步地，所述二轴倾斜镜的最大偏摆角的范围为1～20mrad，角度定位精度为0.02～1μrad，时间带宽不超过3kHZ，所述中继成像装置成像面在其所在的平面内的步进量范围为1/10～1/2的所述科学级相机的像元尺寸，该像元尺寸范围为3μm～26μm。进一步地，所述显微成像装置还包括会聚透镜和显微物镜组件，其中：所述显微物镜组件和会聚透镜依序布置在所述X射线转换可见光装置的出射面的一侧；所述二轴倾斜镜设在所述会聚透镜与所述科学级相机之间，且位于所述显微物镜组件的出瞳共轭面，所述二维图像先后依序由所述显微物镜组件和所述会聚透镜投射到所述二轴倾斜镜的反射面，再在所述二轴倾斜镜的反射作用下投射到所述科学级相机的探测面上。进一步地，所述中继成像装置还包括中继透镜和扫描物镜，其中：所述中继透镜位于所述会聚透镜的焦平面之外，所述扫描物镜为fθ镜头，所述二轴倾斜镜布置在所述中继透镜和扫描物镜之间的平行光路上。进一步地，所述会聚透镜设在能够沿光轴方向平移的调焦装置上。进一步地，所述显微物镜组件包括多个不同放大倍率的显微物镜和安装各所述显微物镜的转塔。进一步地，所述X射线转换可见光装置包括闪烁体安装件、盖玻片和闪烁体，其中：所述闪烁体安装件为两端开口的筒体结构，其一端以可拆卸的方式套装在所述显微物镜外，另一端设有环形的盖玻片安装板，所述盖玻片安装板的通孔中心位于所述显微物镜的光轴上；所述盖玻片由压环压紧固定在所述盖玻片安装板的外侧，且所述盖玻片平面垂直于所述显微物镜的光轴；所述闪烁体以粘接的方式设在所述盖玻片的外侧，且所述闪烁体的最佳光耦区域定位于所述显微物镜的近光轴区域。进一步地，所述超分辨率显微CT成像系统还包括图像后处理装置，所述图像后处理装置包括：图像配准模块，其用于接收所述科学级相机采集到的低分辨率的所述二维图像，并根据预设的像元细分精度和所述二轴倾斜镜的位置，计算各所述低分辨率的二维图像之间的空间位置关系，并将计算出来的各所述低分辨率的二维图像之间的空间位置关系作为搜索低分辨图像重新排列的参数的起始点，然后细分各所述低分辨率的二维图像，通过二维平移搜索计算获得使得各所述低分辨率的二维图像之间的距离最小的参数，最后依据各所述低分辨率的二维图像之间的距离最小的参数，重新组合排列各所述低分辨率的二维图像之间的像素，得到初始高分辨图像；图像反卷积模块，其用于接收所述图像配准模块输出的所述初始高分辨率的二维图像，并基于正则化的反卷积算法，得到期望高分辨率的二维图像。本专利技术通过亚像素扫描件控制中继成像装置成像面上的整体二维图像在垂轴面内进行亚像素二维平移，这样可以在探测面上获得一系列像元细分的二维图像，因此能够突破系统原有成像硬件造成的限制，实现超分辨率成像。附图说明图1是本专利技术所提供的超分辨率显微CT成像系统的原理性示意图。图2是图1中的超分辨率显微CT成像系统一实施例的结构示意图。图3是图2中的中继成像装置一实施例的扫描成像原理示意图。图4是图1中的图像后处理装置一实施例的结构示意图。图5是图1中的X射线转换可见光装置与显微物镜之间的连接关系示意图。图6是图5中的闪烁体安装件的剖面示意图。图7是采用现有的显微CT成像系统获得的图像(左列)和本专利技术的超分辨率显微CT成像系统获得的图像(右列)的对比示意图。图8是采用本专利技术的超分辨率显微CT成像系统对不同细分像元下样品的成像对比示意图。附图标记：1X射线源2显微成像装置3中继成像装置4科学级相机5多轴载物运动装置6控制装置7图像后处理装置8调焦装置9被测目标10X射线转换可见光装置11闪烁体安装件12盖波片13闪烁体11a盖波片安装板21会聚透镜22显微物镜组件31二轴倾斜镜32中继透镜33扫描物镜41探测面71图像配准模块72图像反卷积模块221显微物镜222转塔具体实施方式在附图中，使用相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。在本专利技术的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术保护范围的限制。如图1所示，本实施例所提供的超分辨率显微CT成像系统包括X射线源1、X射线转换可见光装置10、显微成像装置2、中继成像装置3、科学级相机4、多轴载物运动装置5和控制装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超分辨率显微CT成像系统，其特征在于，包括X射线源(1)、X射线转换可见光装置(10)、显微成像装置(2)、中继成像装置(3)、科学级相机(4)、多轴载物运动装置(5)和控制装置(6)，其中：所述X射线源(1)向放置在所述多轴载物运动装置(5)上的被测目标投射锥形光束，用于完全辐照所述被测目标与所述X射线源(1)相对的侧面；所述X射线转换可见光装置(10)和所述X射线源(1)分别布置在所述被测目标的两侧，所述X射线转换可见光装置(10)的出射面布置在所述显微成像装置(2)的物面上，所述中继成像装置(3)设在所述显微成像装置(2)与所述科学级相机(4)之间，所述科学级相机(4)的探测面位于所述中继成像装置(3)的成像面上；所述X射线源(1)发射出的X射线穿透所述被测目标投射到所述X射线转换可见光装置(10)的入射面，经由所述X射线转换可见光装置(10)线性转换成二维可见光光场分布，该二维可见光光场分布从所述X射线转换可见光装置(10)的出射面向后传播，并作为物方投射到所述显微成像装置(2)，经由所述显微成像装置(2)第一次显微放大成像，然后投射到所述中继成像装置(3)，经由所述中继成像装置(3)第二次中继放大成像；所述中继成像装置(3)包括位于所述中继成像装置(3)的平行光路上的亚像素扫描件，所述亚像素扫描件用于控制所述中继成像装置(3)的成像面上的整体二维图像在垂轴面内进行亚像素二维平移，以获得一系列像元细分的二维图像。...

【技术特征摘要】
1.一种超分辨率显微CT成像系统，其特征在于，包括X射线源(1)、X射线转换可见光装置(10)、显微成像装置(2)、中继成像装置(3)、科学级相机(4)、多轴载物运动装置(5)和控制装置(6)，其中：所述X射线源(1)向放置在所述多轴载物运动装置(5)上的被测目标投射锥形光束，用于完全辐照所述被测目标与所述X射线源(1)相对的侧面；所述X射线转换可见光装置(10)和所述X射线源(1)分别布置在所述被测目标的两侧，所述X射线转换可见光装置(10)的出射面布置在所述显微成像装置(2)的物面上，所述中继成像装置(3)设在所述显微成像装置(2)与所述科学级相机(4)之间，所述科学级相机(4)的探测面位于所述中继成像装置(3)的成像面上；所述X射线源(1)发射出的X射线穿透所述被测目标投射到所述X射线转换可见光装置(10)的入射面，经由所述X射线转换可见光装置(10)线性转换成二维可见光光场分布，该二维可见光光场分布从所述X射线转换可见光装置(10)的出射面向后传播，并作为物方投射到所述显微成像装置(2)，经由所述显微成像装置(2)第一次显微放大成像，然后投射到所述中继成像装置(3)，经由所述中继成像装置(3)第二次中继放大成像；所述中继成像装置(3)包括位于所述中继成像装置(3)的平行光路上的亚像素扫描件，所述亚像素扫描件用于控制所述中继成像装置(3)的成像面上的整体二维图像在垂轴面内进行亚像素二维平移，以获得一系列像元细分的二维图像。2.如权利要求1所述的超分辨率显微CT成像系统，其特征在于，所述亚像素扫描件包括二轴倾斜镜(31)，所述二轴倾斜镜(31)的反射面与所述显微成像装置(2)的出射光束相对，且所述法线与所述出射光束的光轴的夹角小于90度，所述控制装置(6)通过转动所述二轴倾斜镜(31)来调节所述夹角大小，以控制所述中继成像装置(3)的成像面上的整体二维图像在垂轴面内进行亚像素二维平移。3.如权利要求2所述的超分辨率显微CT成像系统，其特征在于，所述二轴倾斜镜(31)的最大偏摆角的范围为1～20mrad，角度定位精度为0.02～1μrad，时间带宽不超过3kHZ，所述中继成像装置(3)成像面在其所在的平面内的步进量范围为1/10～1/2的所述科学级相机(4)的像元尺寸，该像元尺寸范围为3μm～26μm。4.如权利要求1至3中任一项所述的超分辨率显微CT成像系统，其特征在于，所述显微成像装置(2)还包括会聚透镜(21)和显微物镜组件(22)，其中：所述显微物镜组件(22)和会聚透镜(21)依序布置在所述X射线转换可见光装置(10)的出射面的一侧；所述二轴倾斜镜(31)设在所述会聚透镜(21)与所述科学级相机(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱溢佞，毛珩，翟慕岳，张慧滔，未永，傅鹏，
申请(专利权)人：首都师范大学，天津三英精密仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11