软X射线成像系统焦深拓展方法及应用研究

The transmission soft X-ray microscopy which is developed in recent years is a powerful tool to yield the three-dimensional structure of whole cell in their native state based on X-ray tomography.It allowed us to visualize subcellular structure such as the double nuclear membrane, nuclear pores, nuclear membrane channels, mitochondrial cristae and lysosomal inclusions etc. It is possible to detect change of cell structure to compare the images obtained from virus infected cell and control cell. The depths of focus decreases with resolution of soft X-ray microscopy improved. The thickness of cell is limited when the cell is imaged in the high resolution soft X-ray microscopy system. It is of vital importance to extend the depths of focus to image thicker cells. This project intends to adopt the wavelet transform and optical transfer function to expand the depth of focus of the high-resolution soft X-ray imaging system，so as to achieve high-resolution large-cell imaging.

高分辨软X射线成像是近年发展起来进行细胞成像的有力工具，它无需切片可以获得细胞的三维图像，观察到细胞器的三维结构（如可以观察到质膜、核膜、核孔、内质网、溶酶体和线立体的结构等），可以研究细胞受病毒感染后细胞器结构的变化，为疾病引起的细胞结构变化机理研究提供了强有力的研究手段。但成像系统的分辨率越高，系统的焦深就越小(对软X射线成像系统而言,波长比硬X射线的波长长,焦深更短)，因此成像细胞的尺寸就越小，所以软X射线成像系统难以实现大尺寸（如真核细胞）细胞的清晰成像，为此，必须解决成像系统分辨率与焦深的矛盾。本项目拟采用小波变换和光学传递函数方法实现高分辨软X射线成像系统的焦深拓展，实现高分辨软X射线成像系统的大细胞成像。

高分辨软X射线成像时近年发展起来进行细胞成像的有利工具，它可以无需切片可以获得细胞的亚细胞结构（如可以观察到质膜、核膜、核孔、内质网、溶酶体和线立体），可以研究细胞受病毒感染后亚细胞结构的变化，为疾病的的细胞变化机理提供了有利证据。但分辨率与成像系统的焦深时相互矛盾的，分辨率越高，系统的焦深就小，因此成像细胞的大小就越小，其中大尺寸（如真核细胞）细胞就难以获得清楚的像，为此，必须解决成像系统分辨与焦深的矛盾。本项目针对X射线显微成像投影图像特点和光路特点,提出了基于光学传递函数的离焦投影图像恢复，很好解决了样品不在同一焦面的问题,克服了X射线成像焦深的限制。分析了基于投影图像的融合算法焦深拓展的方法和基于光学传递函数投影恢复算法的焦深拓展存在的局限性,特别是在厚度较大样品的焦深拓展问题上难以很好的解决,于是我们研究了X射线显微成像的特点,提出了一种基于三维CT重构图像的片层融合的焦深拓展方法, 完美地解决了X射线显微成像焦深的限制问题，实现高分辨系统中的大细胞成像。