Teknik baru menghasilkan gambar sinar-X berwarna dengan cepat dan efisien

Teknik baru menghasilkan gambar sinar-X berwarna dengan cepat dan efisien menggunakan perangkat berstruktur khusus yang disebut pelat zona Fresnel (FZP). Teknik ini dapat diterapkan dalam kedokteran nuklir dan radiologi, serta dalam pengujian industri dan analisis bahan non-destruktif.

Sinar-X sering digunakan untuk menentukan komposisi kimia suatu bahan berkat "sidik jari" karakteristik fluoresensi yang dipancarkan berbagai zat saat terkena sinar sinar-X. Namun, saat ini, teknik pencitraan ini memerlukan pemfokusan sinar-X dan pemindaian seluruh sampel. Mengingat sulitnya memfokuskan berkas sinar-X ke area kecil, terutama dengan sumber sinar-X laboratorium biasa, ini adalah tugas yang menantang, membuat gambar memakan waktu dan mahal untuk diproduksi.

Eksposur tunggal dan tidak perlu fokus dan pemindaian

Metode baru yang dikembangkan oleh Jakob Soltau dan rekan-rekan di Institut Fisika Sinar-X di Universitas Göttingen, Jerman, memungkinkan gambar dari area sampel yang besar diperoleh hanya dengan satu pencahayaan, sekaligus menghilangkan kebutuhan untuk pemfokusan dan pemindaian. Pendekatan mereka menggunakan kamera warna sinar-X dan FZP berlapis emas yang ditempatkan di antara objek yang dicitrakan dan detektor. FZP memiliki struktur zona buram dan transparan yang sering digunakan untuk memfokuskan sinar-X, tetapi dalam percobaan ini, para peneliti tertarik pada hal lain: bayangan yang dilemparkan FZP pada detektor saat sampel disinari.

Dengan mengukur pola intensitas yang mencapai detektor setelah melewati FZP, para peneliti memperoleh informasi tentang distribusi atom dalam sampel yang berpendar pada dua panjang gelombang yang berbeda. Mereka kemudian memecahkan kode distribusi ini menggunakan algoritme komputer.

“Kami mengetahui rangkaian algoritme yang dapat digunakan dengan sangat baik untuk hal ini dengan sangat baik dari pengambilan fase dalam pencitraan sinar-X yang koheren,” jelas Soltau. “Kami menerapkan ini pada pencitraan fluoresensi sinar-X menggunakan kamera warna sinar-X dalam percobaan kami untuk membedakan antara energi yang berbeda dari foton sinar-X yang terdeteksi.”

Berkat pendekatan bidang penuh ini, para peneliti mengatakan bahwa hanya satu akuisisi gambar yang cukup untuk menentukan komposisi kimia suatu sampel. Sementara waktu akuisisi saat ini sekitar beberapa jam, mereka berharap dapat menguranginya di masa mendatang.

Potensi untuk pencitraan jaringan biologis

Tim mengatakan teknik baru ini memiliki banyak aplikasi potensial. Ini termasuk kedokteran nuklir dan radiologi; pengujian industri tidak merusak; analisis bahan; menentukan komposisi bahan kimia dalam lukisan dan artefak budaya untuk memverifikasi keasliannya; analisis sampel tanah atau tanaman; dan pengujian kualitas dan kemurnian komponen semikonduktor dan chip komputer. Pada prinsipnya, teknik ini juga dapat digunakan untuk mencitrakan sumber radiasi yang tidak koheren seperti sinar-X inelastis (Compton) dan hamburan neutron atau radiasi gamma, yang akan berguna untuk aplikasi kedokteran nuklir.

“Sebagai kelompok riset, kami sangat tertarik dengan pencitraan tiga dimensi jaringan biologis,” kata Soltau Dunia Fisika. “Menggabungkan pencitraan tomografi, misalnya, dengan detektor yang merekam berkas sinar-X yang ditransmisikan untuk mendapatkan peta kerapatan elektron (teknik yang dikenal sebagai pencitraan propagasi fase kontras) dengan pendekatan pencitraan fluoresensi lapangan penuh baru kami akan memungkinkan kami untuk menggambarkan struktur dan (lokal ) komposisi kimia sampel dalam satu pemindaian.”

Mikroskop sinar-X menajam

Dalam demonstrasi pertama dari teknik baru ini, yang dirinci dalam Optica, tim Göttingen mencapai resolusi spasial sekitar 35 mikron dan bidang pandang sekitar 1 mm². Meskipun jumlah elemen resolusi yang dicitrakan secara paralel tetap relatif rendah, hal ini dapat ditingkatkan dengan menggunakan FZP dengan lebar zona yang lebih kecil atau dengan meningkatkan area sampel yang disinari ke bidang pandang yang lebih besar. Tantangan lain adalah mengurangi waktu akuisisi tanpa meningkatkan kebisingan latar belakang yang tidak diinginkan dari radiasi yang tersebar secara elastis.

Para peneliti sekarang ingin mencoba teknik mereka dengan radiasi sinkrotron, yang jauh lebih kuat daripada sinar-X yang tersedia di sebagian besar laboratorium. Keuntungan lebih lanjut adalah bahwa radiasi synchrotron terdiri dari pancaran partikel bermuatan berenergi tinggi yang dihasilkan menggunakan medan listrik dan magnet, memberikannya bandwidth sempit yang memungkinkan resolusi spasial yang lebih tinggi dan waktu akuisisi yang lebih singkat. Tim telah memesan waktu Garis sinar sinkrotron PETRA III DESY pada bulan Juni untuk tujuan ini.