Uus tehnika toodab värvilisi röntgenipilte kiiresti ja tõhusalt

Uus tehnika toodab värvilisi röntgenipilte kiiresti ja tõhusalt, kasutades spetsiaalselt struktureeritud seadet, mida nimetatakse Fresneli tsooniplaadiks (FZP). Seda tehnikat võib kasutada tuumameditsiinis ja radioloogias, samuti mittepurustavates tööstuslikes katsetes ja materjalide analüüsis.

Röntgenikiirgust kasutatakse sageli materjalide keemilise koostise määramiseks tänu iseloomulikule fluorestsentsi "sõrmejäljele", mida erinevad ained kiirgavad röntgenvalgusega kokkupuutel. Praegu nõuab see pildistamistehnika aga röntgenikiirte fokuseerimist ja kogu proovi skaneerimist. Arvestades, et röntgenkiire teravustamine väikestele aladele on keeruline, eriti tüüpiliste laboratoorsete röntgenikiirguse allikate puhul, on see keeruline ülesanne, mis muudab piltide tegemise aeganõudvaks ja kulukaks.

Ühekordne säritus ja teravustamise ja skannimise vajadus

Uus meetod, mille on välja töötanud Jakob Soltau ja kolleegid Göttingeni ülikooli röntgenfüüsika instituut, Saksamaal, võimaldab suurelt proovialalt pildi saada vaid ühe säritusega, kaotades samal ajal teravustamise ja skannimise vajaduse. Nende lähenemisviis kasutab röntgenvärvikaamerat ja kullatud FZP-d, mis asetatakse pildistatava objekti ja detektori vahele. FZP-del on läbipaistmatute ja läbipaistvate tsoonide struktuur, mida sageli kasutatakse röntgenikiirte fokuseerimiseks, kuid selles katses huvitas teadlasi midagi muud: vari, mille FZP proovi valgustamisel detektorile heidab.

Mõõtes intensiivsusmustrit, mis jõuab detektorini pärast FZP läbimist, kogusid teadlased teavet aatomite jaotuse kohta proovis, mis fluorestseeruvad kahel erineval lainepikkusel. Seejärel dekodeerisid nad selle jaotuse arvutialgoritmi abil.

"Me teame algoritmide komplekti, mida saab selle jaoks väga hästi kasutada koherentse röntgenpildi faasiotsimise põhjal, " selgitab Soltau. "Me rakendame seda röntgenikiirguse fluorestsentskujutisele, kasutades oma katses röntgenikiirte värvikaamerat, et eristada tuvastatud röntgenikiirguse footonite erinevaid energiaid."

Tänu sellele täisväljale lähenemisele väidavad teadlased, et proovi keemilise koostise määramiseks piisab vaid ühest kujutise hankimisest. Kui praegu on soetusaeg suurusjärgus mitu tundi, siis tulevikus loodavad nad seda lühendada.

Võimalus bioloogiliste kudede kuvamiseks

Meeskond ütleb, et uuel tehnikal on palju potentsiaalseid rakendusi. Nende hulka kuuluvad tuumameditsiin ja radioloogia; mittepurustavad tööstuslikud katsed; materjalide analüüs; maalide ja kultuuriobjektide kemikaalide koostise määramine nende ehtsuse kontrollimiseks; mullaproovide või taimede analüüs; ning pooljuhtkomponentide ja arvutikiipide kvaliteedi ja puhtuse testimine. Põhimõtteliselt saaks seda tehnikat kasutada ka ebajärjekindlate kiirgusallikate, nagu mitteelastne röntgenikiirgus (Compton) ja neutronite hajumine või gammakiirgus, pildistamiseks, mis oleks kasulikud tuumameditsiini rakendustes.

"Uurimisrühmana oleme väga huvitatud bioloogiliste kudede kolmemõõtmelisest pildistamisest, " räägib Soltau. Füüsika maailm. "Kombineerimine tomograafiline kujutisNäiteks detektoriga, mis salvestab edastatud röntgenikiirt, et saada elektrontiheduse kaart (meetod, mida tuntakse faasikontrastse leviku kujutisena), kasutades meie uudset täisvälja fluorestsentskujutist, võimaldaks meil kujutada struktuure ja (kohalikku ) proovi keemilised koostised ühel skaneerimisel.

Röntgenmikroskoopia teravdab

Selles uue tehnika esimeses esitluses, mida kirjeldatakse üksikasjalikult Optica, saavutas Göttingeni meeskond ruumilise eraldusvõime umbes 35 mikronit ja vaatevälja umbes 1 mm². Kuigi paralleelselt pildistatud eraldusvõime elementide arv jääb suhteliselt väikeseks, saab seda suurendada, kasutades väiksema tsoonilaiusega FZP-d või suurendades valgustatud näidisala suuremate vaateväljade suunas. Teiseks väljakutseks on salvestusaegade lühendamine, suurendamata elastselt hajutatud kiirguse soovimatut taustmüra.

Teadlased tahaksid nüüd proovida oma tehnikat sünkrotronkiirgusega, mis on palju intensiivsem kui enamikus laborites saadaolev röntgenvalgus. Täiendav eelis on see, et sünkrotronkiirgus koosneb laetud osakeste suure energiaga kiirtest, mis on genereeritud elektri- ja magnetväljade abil, andes sellele kitsa ribalaiuse, mis peaks võimaldama suuremat ruumilist eraldusvõimet ja lühemaid kogumisaegu. Meeskond on broneerinud aja DESY PETRA III sünkrotronkiirjoon juunil selleks otstarbeks.