Une nouvelle technique produit des images radiographiques en couleur rapidement et efficacement

Une nouvelle technique produit des images radiographiques en couleur rapidement et efficacement à l'aide d'un dispositif spécialement structuré appelé plaque de zone de Fresnel (FZP). La technique pourrait avoir des applications en médecine nucléaire et en radiologie, ainsi que dans les essais industriels non destructifs et l'analyse des matériaux.

Les rayons X sont fréquemment utilisés pour déterminer la composition chimique des matériaux grâce à l'« empreinte » caractéristique de la fluorescence que différentes substances émettent lorsqu'elles sont exposées à la lumière des rayons X. Cependant, à l'heure actuelle, cette technique d'imagerie nécessite de focaliser les rayons X et de balayer l'ensemble de l'échantillon. Compte tenu de la difficulté de focaliser un faisceau de rayons X sur de petites zones, en particulier avec des sources de rayons X de laboratoire typiques, il s'agit d'une tâche difficile, ce qui rend les images longues et coûteuses à produire.

Exposition unique et pas besoin de mise au point et de numérisation

La nouvelle méthode, mise au point par Jacob Soltau et collègues du Institut de physique des rayons X de l'Université de Göttingen, Allemagne, permet d'obtenir une image d'une grande zone d'échantillonnage avec une seule exposition, tout en éliminant le besoin de mise au point et de numérisation. Leur approche utilise une caméra couleur à rayons X et un FZP plaqué or placé entre l'objet en cours d'imagerie et le détecteur. Les FZP ont une structure de zones opaques et transparentes qui sont souvent utilisées pour focaliser les rayons X, mais dans cette expérience, les chercheurs se sont intéressés à autre chose : l'ombre que le FZP projette sur le détecteur lorsque l'échantillon est éclairé.

En mesurant le modèle d'intensité qui atteint le détecteur après avoir traversé le FZP, les chercheurs ont glané des informations sur la distribution des atomes dans l'échantillon qui émettent une fluorescence à deux longueurs d'onde différentes. Ils ont ensuite décodé cette distribution à l'aide d'un algorithme informatique.

"Nous connaissons très bien l'ensemble d'algorithmes qui peuvent être utilisés favorablement pour cela grâce à la récupération de phase dans l'imagerie cohérente par rayons X", explique Soltau. "Nous appliquons cela à l'imagerie par fluorescence X en utilisant la caméra couleur à rayons X dans notre expérience pour distinguer les différentes énergies des photons X détectés."

Grâce à cette approche plein champ, les chercheurs affirment qu'une seule acquisition d'image suffit pour déterminer la composition chimique d'un échantillon. Alors que le temps d'acquisition est actuellement de l'ordre de plusieurs heures, ils espèrent le réduire à l'avenir.

Potentiel d'imagerie des tissus biologiques

L'équipe affirme que la nouvelle technique a de nombreuses applications potentielles. Ceux-ci comprennent la médecine nucléaire et la radiologie; essais industriels non destructifs; analyse des matériaux; déterminer les compositions des produits chimiques dans les peintures et les objets culturels pour vérifier leur authenticité ; analyse d'échantillons de sol ou de plantes; et tester la qualité et la pureté des composants semi-conducteurs et des puces informatiques. En principe, la technique pourrait également être utilisée pour imager des sources de rayonnement incohérentes telles que les rayons X inélastiques (Compton) et la diffusion de neutrons ou le rayonnement gamma, ce qui serait utile pour les applications de médecine nucléaire.

"En tant que groupe de recherche, nous sommes très intéressés par l'imagerie tridimensionnelle des tissus biologiques", a déclaré Soltau. Monde de la physique. « Combiner imagerie tomographique, par exemple, avec un détecteur enregistrant le faisceau de rayons X transmis pour obtenir une carte de la densité électronique (une technique connue sous le nom d'imagerie par propagation à contraste de phase) avec notre nouvelle approche d'imagerie par fluorescence plein champ nous permettrait d'imager des structures et (local ) compositions chimiques de l'échantillon en un seul balayage.

La microscopie à rayons X se précise

Dans cette première démonstration de la nouvelle technique, qui est détaillée dans Optica, l'équipe de Göttingen a atteint une résolution spatiale d'environ 35 microns et un champ de vision d'environ 1 mm². Bien que le nombre d'éléments de résolution imagés en parallèle reste relativement faible, cela pourrait être augmenté en utilisant un FZP avec des largeurs de zone plus petites ou en augmentant la zone d'échantillon éclairée vers des champs de vision plus grands. Un autre défi consistera à réduire les temps d'acquisition sans augmenter le bruit de fond indésirable du rayonnement diffusé de manière élastique.

Les chercheurs aimeraient maintenant essayer leur technique avec le rayonnement synchrotron, beaucoup plus intense que la lumière X disponible dans la plupart des laboratoires. Un autre avantage est que le rayonnement synchrotron consiste en des faisceaux de particules chargées à haute énergie générés à l'aide de champs électriques et magnétiques, ce qui lui confère une bande passante étroite qui devrait permettre une résolution spatiale plus élevée et des temps d'acquisition plus courts. L'équipe a réservé du temps sur Ligne de lumière synchrotron PETRA III de DESY en juin à cet effet.