一种显微CT批量扫描小化石样品台

一种显微ct批量扫描小化石样品台
技术领域
1.本实用新型涉及小化石样品显微ct扫描技术领域，具体为一种显微ct批量扫描小化石样品台。


背景技术：

2.高分辨x射线计算机断层扫描技术也称为显微ct技术，是一种强大的可以对样品进行无损检测的手段。显微ct扫描仪可以看作为一种具有x射线视觉的显微镜设备。显微ct扫描仪可以将样品数字化成为具有固体材料属性的高保真3d模型。同时，显微ct扫描仪也可以将上述3d模型除去外层结构进行虚拟解剖，进而揭示其内部精细信息。显微ct扫描仪工作过程：首先需要从样品的多个不同角度拍摄一系列x射线投影图像，通常是360度即一个圆周；然后使用计算机算法例如滤波反投影方法将一系列2d x射线投影图数字化重建为3d体积断层图数据；最后可以对3d体积断层图数据进行测量、分析以及研究工作等。
3.ct扫描仪主要由x射线管、旋转台和探测器三部分组成。在医用ct领域中，通常是通过x射线源和探测器围绕患者高速旋转，进而获取患者的ct图像。然而，在显微ct扫描过程中，为了确保采集的样品ct图像质量和精度，需要x射线管和探测器保持静止，样品固定在旋转台上以一定步长稳定缓慢旋转。依据样品的不同物质属性，主要包括样品的厚度和原子序数，样品与x射线管激发的能量束相互作用，确定x射线穿过样品到达另一侧探测器的光子数量。这一过程会导致x射线电磁辐射的减少，称为x射线衰减。探测器成像的灰度值与辐射材料的不透明度成正比。样品的密集区域如骨骼或岩石，成像为白色或者浅灰色(辐射不穿透)；样品的稀松区域如肌肉或者空腔，成像为黑色或深灰色(辐射可穿透)。与医学ct相比，显微ct扫描仪明显提升了样品ct图像的空间和密度分辨率，扫描精度最高的纳米显微ct甚至可以实现直径小于200纳米单个红细胞的细节检测。
4.古生物学家如果想要批量获取高空间和密度分辨率的小化石样品ct图像研究古生物表型特征，除了需要小焦点显微ct扫描仪外，还需要可以盛放样品同时具有高稳定性和便捷性的样品台。目前，显微ct扫描小化石样品采用的样品台通常是根据化石样品的尺寸进行单独设计，这样的样品台只能满足不同尺寸的单个化石样品显微ct扫描使用。然而，单独对每个化石样品以相同空间分辨率逐个扫描所需要扫描时间为化石样品个数乘以单独扫描时间，并且不包括更换化石样品的时间。同时单独数字化重建每个化石样品的显微ct投影图也需要大量的运算时间。这样无论从显微ct扫描效率以及对显微ct扫描仪使用寿命来说都是巨大的浪费。如果将批量小化石样品看作单个化石样品进行显微ct扫描，部分小化石样品可能会出现显微ct图像数字粘连问题或者运动伪影现象发生。同时，如果将这些化石样品显微ct数据进行图像分割也需要大量的运算时间。随着化石样品个数增加，对用于图像处理的工作站内存和显存的消耗非常大，甚至可能导致图形工作站和图像处理软件系统崩溃。
5.综上所述，对于渴望建立大规模化石ct图像数据集的古生物研究人员来说，传统显微ct扫描过程费时、费力并不具有可行性。然而，采集大规模化石样品的表型特征并进行
变异分析，可以为古生物与环境协同演化研究提供重要的见解。因此，古生物学家急需一种可以对小化石进行批量显微ct扫描的便捷样品台。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本实用新型提供一种显微ct批量扫描小化石样品台，可以解决小化石样品批量快速显微ct扫描的问题。
7.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种显微ct批量扫描小化石样品台，包括：
9.一支撑机构；以及
10.螺接于所述支撑机构顶部的样品槽组，所述样品槽组包含一个或多个样品槽，所述样品槽，包括：
11.圆柱体；
12.位于圆柱体上的若干个独立镂空空间；
13.位于圆柱体顶面，且与所述独立镂空空间一一对应的镂空标识符；
14.位于圆柱体底面中心的内凹螺纹孔；
15.位于圆柱体顶面中心的第一外凸螺纹结构；
16.其中，所述第一外凸螺纹结构与其他样品槽的所述内凹螺纹孔相互配合，以形成所述样品槽组。
17.进一步地，所述支撑机构和所述样品槽组的垂直中心轴在一条直线上。
18.进一步地，所述支撑机构，包括：一支撑杆和一托盘；
19.所述支撑杆的一端抵接于所述托盘的底面，所述支撑杆的另一端与显微ct扫描仪旋转台底座咬合；
20.所述托盘的顶面中心设有一第二外凸螺纹结构，用于螺接于所述样品槽组中最底端样品槽的内凹螺纹孔。
21.进一步地，所述圆柱体的直径为10mm-100mm，高度为10mm-150mm。
22.进一步地，所述独立镂空空间包括：圆柱形的独立镂空空间和/或圆锥形的独立镂空空间。
23.进一步地，所述镂空标识符的结构为x射线辐射完全可穿透结构。
24.进一步地，所述内凹螺纹孔的深度为8mm。
25.进一步地，所述第一外凸螺纹结构为直径5mm，高度为7mm的圆柱形结构。
26.进一步地，还包括：对所述独立镂空空间中小化石样品的空隙位置进行填充的填充物。
27.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下优势：
28.本实用新型提供了具有12个独立镂空空间的样品槽，可以同时将若干个直径近似的小化石样品盛放于该独立镂空空间内，该设计大大提高了小化石样品批量显微ct扫描效率，节约了实验成本。
29.本实用新型提供不同规格移液器吸头、轻质epe珍珠棉、parafilm封口膜等轻质材料作为填充物，用于将小化石样品固定在独立镂空空间内，保证了小化石样品稳定性，可以避免小化石样品显微ct图像出现运动伪影。
30.本实用新型在样品槽中设计了可识别镂空标识符，可以对直径相近、形状相似的不同小化石样品，例如古人类牙齿和指骨化石等，进行标记编码，该设计大大减轻了古生物学家后期对小化石样品显微ct图像数据整理的难度。
31.对于不同直径的小化石样品，本实用新型提供了不同直径的样品槽，尽可能满足古生物学家对小化石样品显微ct扫描的空间分辨率和密度分辨率需求。
32.对于直径相近、形状相似的不同小化石样品，例如古人类牙齿和指骨化石等，本实用新型设计了具有12个圆柱形独立镂空空间的样品槽；对于不便于固定的保存状况相对不好，形状不规则的小化石样品，例如古鱼类鳞片化石、古鸟类和早期哺乳动物牙齿化石样品，本实用新型设计了具有12个圆锥形独立镂空空间的样品槽，可以保证该类型小化石样品显微ct扫描时的稳定性，使其成像结果更加清晰准确，避免运动伪影产生，最小显微ct图像体素可以达到800纳米。
33.本实用新型设计了可以通过多级咬合样品槽组成样品槽组，适用于分段拼接以及螺旋显微ct扫描模式，节省了更换样品台的时间，实现连续采集小化石样品显微ct数据，通过显微ct扫描仪参数设置，做到无人值守连续扫描。
34.本实用新型样品槽的分隔空间采用轻质材料聚甲基丙烯酸甲酯材质。这类材料对x射线吸收较少，尽可能不影响显微ct扫描获取图像的质量。
35.本实用新型设计的样品台节省了单个化石样品扫描时间以及显微ct数据处理的错误概率。有利于降低显微ct图像数据整理的难度，减轻了后期图像处理运算压力。
附图说明
36.图1是本实用新型实施例的小化石样品高效批量显微ct扫描样品台结构示意图。
37.图2是本实用新型实施例的支撑机构示意图。
38.图3是本实用新型实施例的样品槽俯视图。
39.图4是本实用新型实施例的样品槽斜视图。
40.图5是本实用新型实施例的样品槽中小化石样品位置俯视图。
41.图中：
42.1、支撑机构；11、支撑杆；12、托盘；13、第二外凸螺纹结构；
43.2、样品槽；21、分隔空间；22、独立镂空空间；23、第一外凸螺纹结构；24、内凹螺纹孔；25、镂空标识符；
44.3、填充物；
45.4、小化石样品。
具体实施方式
46.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实例对本实用新型中技术核心作进一步详细的说明。
47.本实用新型提供一种显微ct批量扫描小化石样品台，如图1所示，该样品台主要包括：支撑机构(1)和样品槽(2)。支撑机构(1)和样品槽(2)的中心轴保持一致，进而保证x射线管、探测器和样品台在同一水平线上。所述支撑机构底端可以与显微ct扫描仪旋转台底
座咬合。显微ct扫描仪旋转台底座采用空气压缩机制动，可以保证支撑机构与显微ct扫描仪旋转台底座紧密咬合，防止样品台垂直滑落。
48.如图2所示，支撑机构(1)由支撑杆(11)和托盘(12)组成。支撑杆(11)的一端抵接于托盘(12)的底面中心，且该支撑杆(11)采用聚甲基丙烯酸甲酯材质，从而保证了支撑杆结实、耐用、不易形变。支撑杆(11)为直径10mm，高度为120mm的圆柱形结构。托盘(12)为直径50mm，高度为10mm的圆柱形结构。所述托盘的顶面中心设有一个第二外凸螺纹结构(13)，该第二外凸螺纹结构(13)设计为直径5mm，高度为7mm的圆柱形结构。
49.如图3所示，样品槽(2)设计为具有12个独立镂空空间(22)的圆柱体(2)，独立镂空空间(22)的直径和深度尺寸与圆柱体(2)的直径和高度相匹配。
50.圆柱体(2)的直径为10mm-100mm，高度为10mm-150mm，其材质为聚甲基丙烯酸甲酯，保证样品槽牢固、耐用。由于聚甲基丙烯酸甲酯的低密度特性，不会对小化石样品显微ct成像造成影响。圆柱体(2)底部中心位置具有内凹螺纹孔(24)，内凹螺纹孔(24)直径为5mm，深度为8mm，内凹螺纹孔(24)与托盘(12)的第二外凸螺纹结构(13)配套。圆柱体(2)顶部中心位置具有第一外凸螺纹结构(23)，类似于支撑杆顶部的第二外凸螺纹结构(13)，该第一外凸螺纹结构(23)设计为直径5mm，高度为7mm的圆柱形结构。基于该第一外凸螺纹结构(23)和内凹螺纹孔(24)，本实用新型可以实现样品槽(2)的多级咬合模式，从而可以将不同尺寸的样品槽(2)通过底部内凹螺纹孔(24)和顶部第一外凸螺纹结构(23)进行连接，组成样品槽组。样品槽组适用于小化石样品批量显微ct扫描的分段拼接以及螺旋显微ct扫描模式，同时节省了更换样品台的时间，可以实现连续采集小化石样品显微ct数据，通过显微ct扫描仪参数设置，做到无人值守连续扫描。
51.独立镂空空间(22)是均匀地分布在圆柱体(2)中，且其选取的尺寸和形状可以由小化石样品决定。圆柱形的独立镂空空间(22)主要适用于直径相近形状相似的不同小化石样品，例如古人类牙齿和指骨化石等。圆锥形的独立镂空空间(22)主要适用于不便于固定的保存状况相对不好、形状不规则的小化石样品，例如古鱼类鳞片化石、古鸟类和早期哺乳动物牙齿化石样品。
52.在一个实施例中，在圆柱体(2)的顶面上还设有独立镂空空间(22)的立体镂空标识符(25)，镂空标识符的字号大小由圆柱体(2)直径决定。由于镂空标识符(25)为x射线辐射完全可穿透结构，在显微ct扫描图像中呈现黑色，可以极其有效的区别于圆柱体(2)、填充物(3)和小化石样品(4)，保证可以快速对小化石样品进行识别同时避免对化石样品的显微ct成像进行干扰。在图3的实施例中，该镂空标识符(25)使用的是英文字母小写a-l标记对应的12个独立镂空空间(22)。
53.此外，为避免由于小化石样品(4)在旋转台转动过程中产生位移，导致显微ct图像出现运动伪影等噪声，如图5所示，本实用新型的样品台还可以包括填充物(3)。所述填充物(3)可以采用不同规格移液器吸头、轻质epe珍珠棉和parafilm封口膜等轻质材料，用于对独立镂空空间(22)中小化石样品(4)的空隙位置进行填充。上述材料在进行填充时可以单独使用也可以组合使用，其主要视小化石样品(4)的形状决定。选择这类轻质材料可以减轻对显微ct扫描仪产生x射线的无效衰减。由于小化石样品(4)形状具有不规则性，填充物主要用于放置于样品槽的12个独立镂空空间内，保证了显微ct扫描仪在扫描小化石样品(4)过程中样品的高稳定性。
54.本实用新型以中科院古脊椎所的古鱼类微体化石为实施例，初步设计了直径为20mm，高度为20mm样品槽可以放置小化石样品(4)为200余件。采用显微ct扫描仪进行高精度ct成像生成了高质量的3d模型，该过程可以减少显微ct扫描时间和ct数据处理的错误概率。本实用新型设计的样品台也适用于任何小型化石样品，包括地质材料、植物样品以及无脊椎动物，只要它们可以放置在样品槽中。同时，本实用新型还可以根据不同样品进行单独定制设计。
55.提供以上实施例仅仅是为了描述本实用新型的目的，而并非要限制本实用新型的范围。本实用新型的范围由所附权利要求限定。不脱离本实用新型的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本实用新型的范围之内。

技术特征：
1.一种显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，包括：一支撑机构；以及螺接于所述支撑机构顶部的样品槽组，所述样品槽组包含一个或多个样品槽，所述样品槽，包括：圆柱体；位于圆柱体上的若干个独立镂空空间；位于圆柱体顶面，且与所述独立镂空空间一一对应的镂空标识符；位于圆柱体底面中心的内凹螺纹孔；位于圆柱体顶面中心的第一外凸螺纹结构；其中，所述第一外凸螺纹结构与其他样品槽的所述内凹螺纹孔相互配合，以形成所述样品槽组。2.如权利要求1所述的显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，所述支撑机构和所述样品槽组的垂直中心轴在一条直线上。3.如权利要求1所述的显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，所述支撑机构，包括：一支撑杆和一托盘；所述支撑杆的一端抵接于所述托盘的底面，所述支撑杆的另一端与显微ct扫描仪旋转台底座咬合；所述托盘的顶面中心设有一第二外凸螺纹结构，用于螺接于所述样品槽组中最底端样品槽的内凹螺纹孔。4.如权利要求1所述的显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，所述圆柱体的直径为10mm-100mm，高度为10mm-150mm。5.如权利要求1所述的显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，所述独立镂空空间包括：圆柱形的独立镂空空间和/或圆锥形的独立镂空空间。6.如权利要求1所述的显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，所述镂空标识符的结构为x射线辐射完全可穿透结构。7.如权利要求1所述的显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，所述内凹螺纹孔的深度为8mm。8.如权利要求1所述的显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，所述第一外凸螺纹结构为直径5mm，高度为7mm的圆柱形结构。9.如权利要求1至6任一项所述的显微ct批量扫描小化石样品台，其特征在于，还包括：对所述独立镂空空间中小化石样品的空隙位置进行填充的填充物。

技术总结
本实用新型公开了一种显微CT批量扫描小化石样品台，所述样品台包括：一支撑机构；以及螺接于所述支撑机构顶部的样品槽组，所述样品槽组包含一个或多个样品槽，所述样品槽，包括：圆柱体；位于圆柱体上的若干个独立镂空空间；位于圆柱体顶面，且与所述独立镂空空间一一对应的镂空标识符；位于圆柱体底面中心的内凹螺纹孔；位于圆柱体顶面中心的第一外凸螺纹结构。本实用新型可以解决小化石样品批量快速显微CT扫描的问题。微CT扫描的问题。微CT扫描的问题。


技术研发人员：侯叶茂 尹鹏飞 崔心东 王佳
受保护的技术使用者：中国科学院古脊椎动物与古人类研究所
技术研发日：2023.02.21
技术公布日：2023/8/17