[论文解读] Microtomography on the ANATOMIX beamline at Synchrotron SOLEIL
本文介绍了在SOLEIL同步辐射装置上的ANATOMIX束线，该束线专用于能量范围为5至50 keV的硬X射线全场显微断层扫描与纳米断层扫描。通过吸收对比和相位对比技术，可实现20 nm至20 µm的高分辨率成像，借助可变光束光学系统和先进探测器，支持最大宽度达40 mm的大尺寸样品，应用涵盖材料科学、生物医学及原位研究。
The ANATOMIX beamline at Synchrotron SOLEIL, operational since 2018, is dedicated to hard X-ray full-field tomography techniques. Operating in a range of photon energies from approximately 5 to 50 keV, it offers both parallel-beam projection microtomography, in absorption and phase contrast, and nanotomography using a zone-plate transmission X-ray microscope. With these methods, the beamline covers a range of spatial resolution from 20 nm to 20 $μ$m, expressed in terms of useful pixel size. The variable beam size of up to 40 mm allows users to image large objects. Here we describe the microtomography instrumentation of the beamline.
研究动机与目标
- 在SOLEIL开发专用的硬X射线显微断层扫描束线，实现对多种材料和生物样品的高分辨率三维成像。
- 提供吸收对比与相位对比成像模式，以增强低吸收率或软组织材料的可见性。
- 通过可变光束聚焦和最长达37 m的传播距离，支持最大宽度达40 mm的样品。
- 利用快速旋转平台和高速探测器，实现原位与时间分辨研究。
- 集成先进的探测器光学系统与重建处理流程，实现在多个尺度上的高效、高保真度三维成像。
提出的方法
- 采用长周期波荡器源（U18），在真空环境下并经低温冷却运行，以提供高亮度X射线。
- 使用双晶Si-111单色器（DCM），未来还将采用双多层膜单色器，实现7–50 keV能量范围的选择。
- 通过水平聚焦的铍镜和折射透镜控制样品处的光束尺寸与通量密度。
- 采用多种探测器光学系统（0.48×至20×放大倍率）和高速相机（最高达2277 fps），实现可变的空间分辨率。
- 使用飞控式旋转平台（RT500S和RT150S），并通过Flyscan架构实现同步控制，实现快速断层扫描。
- 在本地5节点计算集群上应用Paganin滤波器和PyHST2重建软件，实现快速、高质量的三维体数据重建。
实验结果
研究问题
- RQ1如何在保持大视场能力的同时，使硬X射线显微断层扫描实现高达20 nm的空间分辨率？
- RQ2在显微断层扫描中，相位对比成像的最优配置是什么，以增强软组织及低吸收率材料的对比度？
- RQ3束线设计如何支持标准与超高速断层扫描（最高达每秒20次扫描）以研究动态过程？
- RQ4使用滤波白光束与单色光束时，全场断层扫描在不同尺寸样品下的性能极限是什么？
- RQ5如何通过微米与纳米断层扫描站的集成，实现在单次实验会话中进行关联成像？
主要发现
- ANATOMIX束线在纳米断层扫描中实现了最低20 nm的有效像素尺寸，在显微断层扫描中为130 nm，支持多尺度成像。
- 采用6.5 µm像素尺寸的相位对比显微断层扫描在仅7分钟内成功可视化了长达37 mm的壁蜥头部肌肉组织。
- 对直径0.3 mm的拟南芥（Arabidopsis thaliana）种子进行325 nm像素尺寸的显微断层扫描，成功分辨出蛋白质储存液泡。
- 通过RT150S快速旋转平台与高速pco.dimax HS4相机，束线最高支持每秒20次断层扫描。
- 在5节点计算集群上使用PyHST2，约3分钟内完成2048³体素断层扫描体数据的重建。
- 束线支持微米与纳米断层扫描的耦合实验，如在单次会话中对同一试样实现关联成像。
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本解读由 AI 生成，并经人工编辑审核。