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XCT mastery Monthly - 精通X射線CT月刊是由Francesco Iacoviello博士發(fā)起、撰寫(xiě)并發(fā)布的，旨在給大家分享X射線CT相關(guān)的使用技巧、潛在竅門(mén)及經(jīng)驗(yàn)見(jiàn)解。每期都會(huì)深入探討 XCT實(shí)踐中面臨的挑戰(zhàn)和解決方案，涵蓋以下主題：

圖像優(yōu)化：學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)清晰CT 掃描的技巧。

故障排除：掌握克服常見(jiàn) CT 問(wèn)題和偽影的策略。

高級(jí)技術(shù)：探索前沿方法和軟件功能。

工作流程效率：探索簡(jiǎn)化 CT 流程并節(jié)省時(shí)間的方法。

社區(qū)討論：加入討論，分享您的經(jīng)驗(yàn)和疑問(wèn)。

揭示扁平結(jié)構(gòu)的內(nèi)部秘密：

X射線計(jì)算機(jī)層析(CL)成像的興起

引言

無(wú)損檢測(cè)和成像已成為眾多科學(xué)和工業(yè)學(xué)科不可或缺的工具。從確保工程部件的結(jié)構(gòu)完整性，到闡明生物系統(tǒng)的復(fù)雜構(gòu)造，再到保護(hù)文化遺產(chǎn)物品的脆弱性，無(wú)損探測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力至關(guān)重要。然而，扁平、高寬厚比樣品獨(dú)特的幾何特性及與X射線的相互作用特性，給傳統(tǒng)成像技術(shù)帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)這些局限，X射線計(jì)算機(jī)斷層析成像（CL）應(yīng)運(yùn)而生，成為一種先進(jìn)的成像方式，專門(mén)用于克服與此類樣品相關(guān)的障礙。

本期《精通X射線CT月刊》旨在全面探討X射線計(jì)算機(jī)層析成像，深入剖析其基本原理、相對(duì)于傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)、多樣化的應(yīng)用、軟件工具在其實(shí)施中的作用、其固有局限性以及尖端技術(shù)進(jìn)步對(duì)其能力的影響。

一. 傳統(tǒng)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描

對(duì)扁平樣品的局限性

傳統(tǒng)的X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）通過(guò)提供物體內(nèi)部詳細(xì)的三維表征，徹底改變了醫(yī)學(xué)和工業(yè)成像。然而，當(dāng)應(yīng)用于具有大橫向尺寸和小厚度的樣品（通常稱為扁平或高寬厚比樣品）時(shí)，傳統(tǒng)CT會(huì)遇到幾個(gè)固有局限性，這些局限性可能影響圖像質(zhì)量以及準(zhǔn)確分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力。

1、X射線吸收和散射效率低下

主要挑戰(zhàn)之一源于X射線與樣品材料的相互作用。在CT中，X射線束從多個(gè)角度穿過(guò)物體。對(duì)于扁平樣品，特別是當(dāng)X射線束平行于樣品平面時(shí)，射線束會(huì)穿過(guò)大量材料。這種增加的路徑長(zhǎng)度可能導(dǎo)致X射線吸收效率低下，即大部分X射線光子在到達(dá)探測(cè)器之前被吸收或散射。這種低效率意味著可用X射線束及其攜帶信息的很大一部分被浪費(fèi)了。此外，為覆蓋整個(gè)扁平樣品通常需要使用大面積射線束，這可能導(dǎo)致高的散射/主X射線比。散射光子偏離其原始路徑，會(huì)產(chǎn)生與樣品內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的背景強(qiáng)度，從而有效降低了主體對(duì)比度和圖像的整體清晰度。即使使用旨在消除高水平散射的柵格，檢測(cè)到的X射線中仍有相當(dāng)大比例是散射的，導(dǎo)致圖像質(zhì)量顯著下降。

2、疊加與醒目性問(wèn)題

傳統(tǒng)CT依賴于在掃描的每個(gè)角度步長(zhǎng)將三維體積投影到二維圖像上的原理。雖然最終的重建過(guò)程旨在解析3D結(jié)構(gòu)，但初始投影圖像本質(zhì)上受到上下層組織和結(jié)構(gòu)疊加的影響。這對(duì)于內(nèi)部特征可能沿樣品平面密集排列的扁平樣品來(lái)說(shuō)尤其成問(wèn)題。這些特征在投影圖像中的重疊會(huì)顯著降低醒目性（conspicuity），即目視檢查中識(shí)別圖像特征的難易程度。在復(fù)雜圖像中，若眾多結(jié)構(gòu)疊加在一起，一個(gè)位置已知時(shí)可能可見(jiàn)的特征很容易被遺漏。顯眼性的降低，加上散射導(dǎo)致的主體對(duì)比度下降，使得利用傳統(tǒng)CT分析扁平樣品中復(fù)雜的內(nèi)部細(xì)節(jié)更具挑戰(zhàn)性。

3、分辨率和視野限制

傳統(tǒng)CT掃描儀的基本幾何結(jié)構(gòu)（旋轉(zhuǎn)軸與X射線束正交（垂直））在成像扁平樣品時(shí)會(huì)對(duì)可達(dá)到的分辨率施加限制（見(jiàn)下圖，圖1）。對(duì)于位于大型扁平部件中心區(qū)域的感興趣區(qū)域，可能需要將樣品移近X射線源以增加放大倍率，從而提高分辨率。然而，當(dāng)樣品在所需角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，這種靠近可能導(dǎo)致樣品與X射線源發(fā)生物理碰撞。這種限制有效限制了扁平樣品中心區(qū)域可實(shí)現(xiàn)的放大倍率，進(jìn)而限制了分辨率。此外，探測(cè)器的視野（即探測(cè)器在單次投影中可以捕獲的區(qū)域）可能不足以在高分辨率下覆蓋整個(gè)扁平樣品。這可能需要進(jìn)行折衷，例如對(duì)樣品進(jìn)行多次掃描，或者為了對(duì)整個(gè)感興趣區(qū)域成像而接受較低的整體分辨率。在許多情況下，CT提供的分辨率可能太低，無(wú)法可視化扁平樣品特定分析所需的精細(xì)細(xì)節(jié)。

4、高密度和低對(duì)比度材料的挑戰(zhàn)

CT成像的有效性取決于X射線穿過(guò)不同密度材料時(shí)的差異衰減。包含高密度材料區(qū)域的扁平樣品可能構(gòu)成重大挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些致密區(qū)域會(huì)嚴(yán)重衰減X射線束，導(dǎo)致稱為光子匱乏（photon starvation）的現(xiàn)象。當(dāng)?shù)竭_(dá)探測(cè)器的X射線光子數(shù)量急劇減少時(shí)，生成的圖像可能會(huì)受到噪聲增加和偽影的影響，從而模糊樣品的細(xì)節(jié)。相反，當(dāng)對(duì)密度對(duì)比度極小或沒(méi)有密度對(duì)比度的材料（這種情況在某些生物組織和聚合物材料中很常見(jiàn)）進(jìn)行成像時(shí)，CT也會(huì)遇到困難。如果沒(méi)有顯著的X射線衰減差異，就很難區(qū)分扁平樣品內(nèi)的不同成分或特征。此外，在CT中使用多色（多能量）X射線束，尤其是在掃描致密材料時(shí)，可能導(dǎo)致射線硬化偽影（beam hardening artefacts）。這是因?yàn)楣馐心芰枯^低的光子優(yōu)先被吸收，導(dǎo)致光束在穿過(guò)樣品時(shí)平均能量增加。這種能量偏移可能導(dǎo)致重建圖像不準(zhǔn)確，通常表現(xiàn)為杯狀偽影或暗帶。

二. 揭示X射線計(jì)算機(jī)斷層疊層成像：

原理和方法論

X射線計(jì)算機(jī)斷層疊層成像（CL）與傳統(tǒng)CT方法有顯著不同，特別是在為扁平、高寬厚比樣品采集投影數(shù)據(jù)的方式上。CL的核心創(chuàng)新在于其利用了相對(duì)于X射線束傾斜的旋轉(zhuǎn)軸，這是對(duì)傳統(tǒng)CT中使用的正交關(guān)系的根本性改變。這種掃描幾何結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性改變使CL能夠有效解決CT在成像平面結(jié)構(gòu)時(shí)遇到的許多局限性。

1、傾斜的旋轉(zhuǎn)軸：相對(duì)于CT的根本性轉(zhuǎn)變

在X射線計(jì)算機(jī)斷層析成像中，樣品安裝在一個(gè)相對(duì)于入射X射線束傾斜成一定角度的載物臺(tái)上。這個(gè)小于90度的傾斜角確保在樣品旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，X射線束主要穿過(guò)扁平物體最薄的維度。通過(guò)最小化在大多數(shù)投影角度下穿過(guò)樣品的X射線路徑長(zhǎng)度，CL顯著降低了光束的整體衰減，從而改善了到達(dá)探測(cè)器的信號(hào)。這種方法對(duì)于以高寬厚比（橫向尺寸遠(yuǎn)大于厚度）為特征的部件尤其有利。調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸的能力允許采用一種更針對(duì)扁平結(jié)構(gòu)成像的定制方法，優(yōu)化數(shù)據(jù)采集過(guò)程以應(yīng)對(duì)其特定的幾何挑戰(zhàn)。

2、旋轉(zhuǎn)軸的圖示和比較（CT vs. CL）

在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)斷層掃描中，X射線束的中心射線方向與樣品旋轉(zhuǎn)軸垂直（成90度角）。這意味著對(duì)于扁平樣品，在某些旋轉(zhuǎn)角度下，X射線束必須穿過(guò)物體的最長(zhǎng)尺寸。相比之下，X射線計(jì)算機(jī)斷層析成像采用一種掃描幾何結(jié)構(gòu)，其中中心X射線束相對(duì)于探測(cè)器被有意傾斜一個(gè)特定角度。因此，旋轉(zhuǎn)軸傾斜地與X射線束相交，旋轉(zhuǎn)軸與中心X射線之間的角度小于90度。圖1提供了清晰的視覺(jué)比較，展示了一個(gè)圓形錐束CT設(shè)置（光束主射線與旋轉(zhuǎn)軸之間的角度為90度），和一個(gè)旋轉(zhuǎn)CL設(shè)置（該角度（傾斜角α）小于90度）。

圖 1 - 旋轉(zhuǎn)軸比較 (CT vs. CL)

X射線計(jì)算機(jī)斷層析成像固有的傾斜旋轉(zhuǎn)機(jī)制在成像扁平結(jié)構(gòu)方面比傳統(tǒng)CT具有關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。通過(guò)允許樣品在無(wú)碰撞風(fēng)險(xiǎn)的情況下更靠近X射線源旋轉(zhuǎn)，CL促進(jìn)了更高的放大倍率和增強(qiáng)的圖像清晰度。這種更近的距離和優(yōu)化的光束路徑極大地促進(jìn)了CL對(duì)高寬厚比部件成像能力的提升。

三. X射線計(jì)算機(jī)斷層析成像的增強(qiáng)成像能力

X射線計(jì)算機(jī)斷層疊層成像的獨(dú)特原理直接轉(zhuǎn)化為增強(qiáng)的成像能力，特別是在應(yīng)對(duì)扁平、高寬厚比樣品帶來(lái)的挑戰(zhàn)時(shí)。這些改進(jìn)體現(xiàn)在CL相對(duì)于傳統(tǒng)CT方法所實(shí)現(xiàn)的卓越分辨率、增強(qiáng)的信噪比以及偽影的減少上。

1、對(duì)高寬厚比樣品的卓越分辨率

CL中采用的傾斜旋轉(zhuǎn)有助于實(shí)現(xiàn)更高的放大倍率，這直接導(dǎo)致扁平部件體素分辨率的提高。與CT不同（在CT中幾何約束可能限制樣品靠近X射線源），CL允許更靠近定位，即使是在較大的平面物體上也能聚焦于僅幾十微米的特征。例如，尼康XTH平臺(tái)允許實(shí)施X射線疊層成像，并通過(guò)使用傾斜的旋轉(zhuǎn)軸顯著提高了高寬厚比部件的體素分辨率。這種方法允許部件更靠近X射線源旋轉(zhuǎn)，即使是在大型扁平物品上也能聚焦于微小特征。研究已證明CL在諸如印刷電路板（PCB）檢測(cè)等應(yīng)用中的有效性，其在密集平面物體中成像內(nèi)部和近表面結(jié)構(gòu)的能力超越了傳統(tǒng)CT。

2、CL中相比CT改善的信噪比（SNR）

在X射線計(jì)算機(jī)層析成像中，傾斜的旋轉(zhuǎn)確保X射線束在掃描的大部分過(guò)程中穿過(guò)扁平樣品相對(duì)恒定且最小的厚度。這種一致的透射與CT中遇到的透射變化形成對(duì)比，尤其是在對(duì)扁平物體成像時(shí)，光束在某些角度下可能穿過(guò)最長(zhǎng)的尺寸。通過(guò)避免沿物體平面的這些長(zhǎng)X射線路徑，CL最小化了光子匱乏（photon starvation）現(xiàn)象（即X射線束因吸收而損失過(guò)多光子，導(dǎo)致信號(hào)微弱且噪聲大）。結(jié)果是，對(duì)于扁平樣品，CL圖像的信噪比（SNR）比CT有所改善，因?yàn)榈竭_(dá)探測(cè)器的更強(qiáng)信號(hào)有助于產(chǎn)生更清晰、更詳細(xì)的重建圖像。

3、減少扁平樣品成像特有的偽影

X射線計(jì)算機(jī)層析成像獨(dú)特的掃描幾何結(jié)構(gòu)還能有效減少在利用傳統(tǒng)CT對(duì)扁平樣品成像時(shí)特別成問(wèn)題的偽影。在CL中傾斜旋轉(zhuǎn)軸可以操縱樣品內(nèi)高密度特征的投影方式。通過(guò)將這些高衰減區(qū)域定位在較低密度感興趣區(qū)域的上方或下方旋轉(zhuǎn)，CL可以最大限度地減少它們的干擾以及可能掩蓋關(guān)鍵細(xì)節(jié)的偽影。這在諸如檢測(cè)可能仍附著在致密基板上的增材制造金屬部件等應(yīng)用中特別有益。此外，CL可以減輕因采樣不足而產(chǎn)生的偽影，這在扁平樣品的CT掃描中可能是一個(gè)重大問(wèn)題，因?yàn)槟承┩队敖嵌瓤赡軣o(wú)法獲取或由于透射有限而提供非常嘈雜的數(shù)據(jù)。例如，實(shí)驗(yàn)室CL方法已被證明可以產(chǎn)生比常用于平面樣品的有限角度CT掃描配置更少偽影的重建圖像。

四. X射線計(jì)算機(jī)層析成像的多樣化應(yīng)用

X射線計(jì)算機(jī)層析成像的獨(dú)特能力使其在廣泛的科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域成功應(yīng)用，為傳統(tǒng)CT通常無(wú)能為力的扁平、高寬厚比樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了寶貴的見(jiàn)解。

1、材料科學(xué)與工程

在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域，CL是一種強(qiáng)大的無(wú)損檢測(cè)與評(píng)估工具。它常被用于檢測(cè)材料內(nèi)部的缺陷，如空隙和裂紋，以及分析顆粒分布和形態(tài)。在計(jì)量學(xué)領(lǐng)域，CL能夠?qū)?fù)雜部件（包括通過(guò)增材制造等先進(jìn)制造技術(shù)生產(chǎn)的部件）的內(nèi)外幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確測(cè)量。它在檢測(cè)由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的輕量化結(jié)構(gòu)（如直升機(jī)和風(fēng)能設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片）方面的能力尤其值得注意。

2、生物學(xué)與植物學(xué)研究

CL在生物學(xué)和植物學(xué)研究中也發(fā)現(xiàn)了重要用途。其成像大型生物樣品（甚至接近米級(jí)尺寸）的能力克服了傳統(tǒng)顯微技術(shù)常遇到的大小限制。研究人員利用CL研究各種植物標(biāo)本（包括葉子）的復(fù)雜三維解剖結(jié)構(gòu)，為理解其結(jié)構(gòu)和功能提供了寶貴數(shù)據(jù)。此外，CL的無(wú)損特性使其成為古生物學(xué)中的寶貴工具，可以在無(wú)需物理處理（可能損壞這些珍貴文物）的情況下詳細(xì)檢查扁平化石。

3、電化學(xué)器件與電池檢測(cè)

電化學(xué)器件領(lǐng)域，特別是電池技術(shù)，極大地受益于CL的應(yīng)用。它被廣泛用于鋰離子電池（電動(dòng)汽車和便攜式電子設(shè)備中的關(guān)鍵組件）的無(wú)損檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量保證和制造過(guò)程的優(yōu)化。CL可以揭示電池組件（如電極）的內(nèi)部排列，識(shí)別空隙或異物顆粒等缺陷，并評(píng)估電池單元的整體結(jié)構(gòu)完整性。

圖 2 - CL用于軟包電池應(yīng)用

4、印刷電路板（PCB）分析

CL最突出的應(yīng)用之一在于印刷電路板（PCB）的檢測(cè)，PCB是幾乎所有電子設(shè)備的基本組件。CL是檢查焊點(diǎn)的理想選擇，可確保正確連接并檢測(cè)諸如空隙或橋接等缺陷。它還可以可視化多層PCB的內(nèi)部層，并評(píng)估組件的放置和完整性。對(duì)于密集封裝的雙面PCB和球柵陣列（BGA），CL能夠生成接觸區(qū)域的分層圖像而不會(huì)疊加另一側(cè)的組件，這一能力尤其具有優(yōu)勢(shì)。

圖 3 – PCB的CL成像示例

5、太陽(yáng)能電池板檢測(cè)

CL在太陽(yáng)能電池板質(zhì)量控制方面的潛力也在被探索中。其無(wú)損特性允許檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)并檢測(cè)可能影響電池板效率和壽命的缺陷。通過(guò)揭示太陽(yáng)能電池內(nèi)部的裂紋、分層或不一致性，CL有助于改進(jìn)制造工藝和實(shí)現(xiàn)更可靠的太陽(yáng)能系統(tǒng)。

6、文化遺產(chǎn)物品檢查

CL的無(wú)損能力使其成為檢查扁平文化遺產(chǎn)物品的寶貴工具?？梢苑治隼L畫(huà)以揭示底層的草圖或圖層，提供關(guān)于藝術(shù)家技法和繪畫(huà)歷史的見(jiàn)解?？梢栽诓徽归_(kāi)的情況下檢查紙莎草卷軸和古代文獻(xiàn)，在保持其脆弱狀態(tài)的同時(shí)揭示其內(nèi)容?？梢詸z查木制雕像和其他文物是否存在內(nèi)部損傷或構(gòu)造方法。

7、新興應(yīng)用領(lǐng)域

除了這些已建立的領(lǐng)域，CL還在不斷發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用。其在生物醫(yī)學(xué)研究中成像組織和器官、研究多孔介質(zhì)中的流體流動(dòng)以及其他各種領(lǐng)域的潛力正在被積極探索。

X射線計(jì)算機(jī)斷層疊層成像的多功能性突顯了其作為一種強(qiáng)大技術(shù)在眾多學(xué)科中對(duì)扁平結(jié)構(gòu)進(jìn)行無(wú)損內(nèi)部研究的重要性。其在克服傳統(tǒng)CT在這些場(chǎng)景中的局限性的能力，使其成為研究、開(kāi)發(fā)和質(zhì)量控制領(lǐng)域日益寶貴的工具。

五. 用于X射線計(jì)算機(jī)斷層疊層成像數(shù)據(jù)

重建的開(kāi)源軟件工具

通過(guò)X射線計(jì)算機(jī)層析成像獲取的數(shù)據(jù)的處理和重建嚴(yán)重依賴于復(fù)雜的軟件工具。開(kāi)源軟件的可用性在推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為研究人員和從業(yè)者提供了可訪問(wèn)和可定制的平臺(tái)來(lái)滿足其成像需求。

可用于重建的部分軟件包括：

（1）CIL

（2）Astra Toolbox

（3）Nikon CT Pro 3D

（4）ZEISS XMReconstructor

（5）Dragonfly

（6）Matlab

（7）TIGRE

CCPi核心成像庫(kù) (CIL)

CCPi核心成像庫(kù)（CIL）是一個(gè)多功能且主要基于Python的開(kāi)源框架，專門(mén)為層析成像（包括X射線計(jì)算機(jī)斷層疊層成像）而設(shè)計(jì)。CIL提供了一套全面的工具，涵蓋層析成像的每個(gè)階段，從加載和預(yù)處理原始數(shù)據(jù)，到實(shí)施復(fù)雜的重建算法，再到可視化生成的三維體積。CIL的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)之一在于其模塊化優(yōu)化框架，允許用戶原型化和實(shí)施廣泛的重建方法，包括特別適合處理具有挑戰(zhàn)性的CL數(shù)據(jù)的方法。該庫(kù)支持標(biāo)準(zhǔn)解析方法，如濾波反投影（FBP）和Feldkamp Davis Kress（FDK），也支持更先進(jìn)的迭代重建技術(shù)（這些技術(shù)通常對(duì)于從噪聲或數(shù)據(jù)不完整的CL數(shù)據(jù)集獲得高質(zhì)量結(jié)果是必要的）。為便于使用，CIL提供了詳盡的文檔和一系列示例（包括Jupyter Notebook），涵蓋了從基本用法到高級(jí)重建策略的廣泛主題。

聚焦CL數(shù)據(jù)重建算法（FBP, FDK）

CCPi核心成像庫(kù)（CIL）和Tofu都提供了基本重建算法（如濾波反投影（FBP）和Feldkamp Davis Kress（FDK））的實(shí)現(xiàn)，這些算法可以調(diào)整并應(yīng)用于X射線計(jì)算機(jī)層析成像數(shù)據(jù)的重建。FBP是一種廣泛使用的解析算法，特別適用于平行束斷層成像，并可適用于同步輻射疊層成像中常見(jiàn)的平行束幾何結(jié)構(gòu)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)中常見(jiàn)的錐束層析成像設(shè)置，通常采用FDK算法（一種為錐束幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的FBP擴(kuò)展算法）。雖然這些解析方法提供了計(jì)算效率，但CIL和Tofu也支持各種迭代重建算法。迭代方法對(duì)于CL數(shù)據(jù)特別有價(jià)值，因?yàn)樗鼈兡鼙冉馕龇椒ǜ行У靥幚碓肼暋?shù)據(jù)不完整和非標(biāo)準(zhǔn)采集幾何結(jié)構(gòu)，通常能帶來(lái)圖像質(zhì)量的改善。

六. 應(yīng)對(duì)X射線計(jì)算機(jī)層析成像的局限性

七. 第四代同步輻射X射線源

對(duì)X射線計(jì)算機(jī)層分成像的影響

八. 在X射線計(jì)算機(jī)層析成像數(shù)據(jù)處理中

利用人工智能

人工智能（AI）領(lǐng)域，特別是通過(guò)深度學(xué)習(xí)的進(jìn)步，正日益融入X射線計(jì)算機(jī)斷層析成像數(shù)據(jù)處理中，為提高圖像質(zhì)量、分辨率和分析能力提供了強(qiáng)大的新方法。

1、AI增強(qiáng)的重建算法

人工智能算法，特別是深度學(xué)習(xí)模型，在提高CL重建質(zhì)量方面展現(xiàn)出巨大潛力。通過(guò)在大型CL數(shù)據(jù)集上進(jìn)行訓(xùn)練，這些AI模型可以學(xué)習(xí)復(fù)雜的模式和關(guān)系，這些通常難以用傳統(tǒng)重建算法捕捉。這種學(xué)習(xí)使AI能夠有效降低噪聲、減輕CL中可能出現(xiàn)的各種偽影，甚至提高稀疏視圖或低劑量數(shù)據(jù)集重建的準(zhǔn)確性，從而增強(qiáng)圖像質(zhì)量。此外，AI可以處理更復(fù)雜的任務(wù)，例如填充投影域中缺失的數(shù)據(jù)點(diǎn)或校正CL掃描幾何結(jié)構(gòu)固有的偽影。

2、通過(guò)AI實(shí)現(xiàn)超分辨率成像

AI在X射線計(jì)算機(jī)斷層析成像中的另一個(gè)激動(dòng)人心的應(yīng)用是超分辨率成像領(lǐng)域。深度學(xué)習(xí)模型可以被訓(xùn)練為以較低分辨率的CL掃描作為輸入，并生成分辨率顯著更高的輸出圖像，揭示原本無(wú)法區(qū)分的更精細(xì)細(xì)節(jié)。這種能力對(duì)于成像扁平樣品特別有價(jià)值，因?yàn)橥ㄟ^(guò)傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)極高分辨率可能需要極長(zhǎng)的掃描時(shí)間或?qū)Ｓ迷O(shè)備。AI驅(qū)動(dòng)的超分辨率技術(shù)提供了在不犧牲最終重建圖像細(xì)節(jié)水平的情況下實(shí)現(xiàn)更快掃描的潛力。例如，使用物理正則化的深度自監(jiān)督學(xué)習(xí)架構(gòu)已被證明可以加速疊層衍射-層析成像（ptycho-laminographic）重建，并顯著減少所需的角度采樣數(shù)量。

3、使用AI自動(dòng)分割內(nèi)部結(jié)構(gòu)

CL數(shù)據(jù)分析通常涉及分割內(nèi)部結(jié)構(gòu)以識(shí)別和量化不同組件或缺陷的繁瑣且耗時(shí)的任務(wù)。人工智能，特別是機(jī)器學(xué)習(xí)算法，被證明在自動(dòng)化這一過(guò)程中非常有效。AI模型可以被訓(xùn)練來(lái)識(shí)別重建的CL體積內(nèi)的特定特征或組件，例如PCB中的不同層或生物樣品中的單個(gè)細(xì)胞。一旦訓(xùn)練完成，這些模型可以自動(dòng)分割這些結(jié)構(gòu)，為研究人員提供有關(guān)其大小、形狀和分布的定量數(shù)據(jù)，顯著提高數(shù)據(jù)分析效率并減少手動(dòng)標(biāo)注的需要。

結(jié)論

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Francesco Iacoviello 是倫敦大學(xué)學(xué)院 (UCL) 化學(xué)工程系 EIL X 射線設(shè)施的實(shí)驗(yàn)經(jīng)理。他于 2012 年在意大利錫耶納大學(xué)獲得礦物學(xué)和地球科學(xué)博士學(xué)位，之后前往巴西圣保羅大學(xué)，擔(dān)任該校海洋研究所的 X 射線衍射專家和實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理。Francesco 于 2015 年加入 EIL，他的研究領(lǐng)域廣泛，涵蓋從電化學(xué)裝置到頁(yè)巖氣巖石、碳捕獲和儲(chǔ)能系統(tǒng)以及微隕石等地質(zhì)材料的多尺度 X 射線計(jì)算機(jī)斷層掃描表征。

眾星聯(lián)恒在Francesco Iacoviello博士的授權(quán)下將其XCT Mastery Monthly系列翻譯為中文并傳播，旨在讓更多的人了解X射線CT相關(guān)的使用技巧、潛在竅門(mén)及經(jīng)驗(yàn)見(jiàn)解，及打造一個(gè)專業(yè)的交流社區(qū)。

科學(xué)研究與產(chǎn)業(yè)的交流互動(dòng)，是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/span>眾星聯(lián)恒作為EUV-X射線核心部件及解決方案供應(yīng)商，我們秉承著“技術(shù)無(wú)界·產(chǎn)業(yè)共生”為核心理念，一直致力于打造開(kāi)放包容的交流平臺(tái)，不僅希望將優(yōu)秀成果引入中國(guó)，也致力于把中國(guó)的科研成果推向世界。