高通量植物根系表型计算机断层扫描系统

 

高通量植物根系表型计算机断层扫描系统 TuberCT 采用德国Fraunhofer集成电路研究所X-光技术研究中心(Fraunhofer EZRT,全球最好的X-光技术研发机构)专门为根系研发的CT技术,集成到荷兰温室自动化传送系统中,全自动对直径20cm花盆内自然土壤中的直径200um以上的根系进行CT扫描,利用专用算法自动完成模型重建,并对数据和结果进行可视化分析。

 

该系统为定制化设计系统,是目前唯一不用对土壤进行预处理(例如MRI需要土壤消磁),并且能够对盆栽植物内部土壤中的根系实现全自动高通量测量的根系表型研究系统。

 

功能特性

  • 专为植物表型研究设计的CT系统
  • 研究直径20 cm 高度20 cm花盆内的根系表型
  • 与高通量植物表型平台集成在一起使用
  • 对花盆进行360度旋转断层扫描(CT)
  • 扫描结束后自动完成3D重建

 

应用领域

直径200 um以上根系的高通量CT测量。

 

基本原理

CT是用X线束从多个方向对受检物体具有一定厚度的层面进行扫描,由探测器而不用胶片接收透过该层面的X线,转变为可见光后,由光电转换器转变为电信号,再经模拟/数字转换器转为数字,输人计算机处理。图像处理时将选定层面分成若干个体积相同的立方体,称之为体素(voxel)。扫描所得数据经计算而获得每个体素的X线衰减系数或称吸收系数,再排列成矩阵,即构成数字矩阵。数字矩阵中的每个数字经数字/模拟转换器转为由黑到白不等灰度的小方块,称之为像素(pixel),并按原有矩阵顺序排列,即构成CT图像。所以,CT图像是由一定数目像素组成的灰阶图像,是数字图像,是重建的断层图像。每个体素X线吸收系数可通过不同的数学方法算出。

 

高通量植物根系CT表型测量过程

5张图-水印

上图:从左至右,植物被自动传送进入TuberCT进行测量

下图:从上至下,植物被传送到TuberCT内部后,对植物进行360度旋转CT扫描的过程

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

 

  • 主要技术参数
  • 焦点到检测器的最大距离:850 mm
  • 焦点到被测物的距离:740 mm
  • 视野面积:20 x 20 cm
  • 可以测量的花盆高度:标准20 cm,可定制更大高度
  • X-射线检测器:有效面积200 x 200 mm;像素间距100 µm;分辨率约为 2000 x 2000 像素
  • X-射线管:电压10-225 kV;功率800 W(光管焦斑尺寸为400 µm) 或 1800 W(光管焦斑尺寸为1 mm);配备有高压电源(电流16 A )
  • 根系分辨率:定制化设计,最大能够对自然土壤中直径200 µm以上的根进行测量
  • 高通量测量:X-射线检测器以及X-射线管安装在传送带系统上,可以360°循环旋转测量
  • 传送带高度:800 mm
  • 传送带框架宽度:260 mm
  • 传送带类型:履带式
  • 传送带防护要求:传送带必须满足防水、防尘,能在高温、高湿、溅水、溅土的温室环境中温度运转
  • 植物追踪方式:RFID

推荐新闻

石时之约|韩志国:透过表型数据,看见植物的喜怒哀乐!

本期石时之约,我们将对话慧诺瑞德(北京)科技有限公司总经理、国际植物表型学会(IPPN)执委会委员/工业分会副主席韩志国,一起从表型数据的科学角度,去读懂农作物的喜怒哀乐和前世今生。

慧科研、慧育种、慧种田——慧聚改变的力量

让我们“慧聚”在一起,为“慧科研、慧育种、慧种田”赋能。

高通量植物表型平台建设注意事项

育种,是在给定的环境条件下,选择各种表型指标(产量、品质、抗性)最优的基因型材料的过程(AI育种,从这里起步)。育种工作中大约70%的工作量来自表型观察测量和筛选,是最耗人力物力的过程。

作物生理表型测量基础原理

生理表型测量的核心在于“早、快”,要在肉眼可见之前就能测量并预判出变化趋势,才是这个技术的核心价值。叶绿素荧光成像,恰好满足了这个要求。