昆虫种类繁多、形态各异，属于无脊椎动物中的节肢动物，是地球上数量最多的动物群体，占据所有生物种类（包括细菌、真菌、病毒）的一半以上。如此众多的种类却拥有类似的呼吸系统结构：由外胚层内陷形成的管状气管系统。昆虫通过这一管状系统直接将氧气输送给需氧组织、器官或细胞。根据所处位置不同，管状系统可以细分为：气管（遍布全身的管状结构）、气门（气管在身体两侧的开口）和气囊（气管的膨大部分）。气囊一直被认为是昆虫内部气体交换的“风箱”，在昆虫呼吸过程中起到发动机的作用。长期以来，由于缺乏昆虫活体三维原位观测(in-vivo)的手段，通常假定其收缩是各项同性的。
X射线相位衬度成像具有对软组织原位无损成像的能力，同步辐射动态显微CT可用于三维显微结构的动态演化研究，上海光源最新发展的相位衬度X射线动态显微CT成像具备了原位研究昆虫气囊空气动力学行为的潜力。上海光源研究团队利用X射线成像线站（BL13W1）发展的X射线动态显微CT成像对一种典型昆虫——马蛉呼吸过程中气囊的动力学行为开展了深入的研究。通过对时间序列三维显微结构的精细定量分析，发现马蛉气囊在其呼吸过程中，沿气囊纵向不同位置的收缩周期和幅度并不相同，同一位置的横截面上其边界的收缩特性也各不相同，在气囊的纵向和横向均表现出明显的各向异性。研究结果表明，有异于传统的假说，昆虫气囊的收缩和扩张是各向异性的。这有利于气体在气管内的流动，加大气体交换效率。该项研究加深了对昆虫呼吸特性的理解，为昆虫研究提供了新的知识。（先进成像及工业应用部 供稿）
马蛉图片和CT重建图像
25秒时，气囊第110,180和290层切片横向变化速度场。三幅图像中间最大的黑色区域是气囊的切片。红色箭头代表运动方向，长度代表变化速度。
