אלגוריתם חדש המפצה על חוסרים בעדשות רנטגן יכול להפוך תמונות ממיקרוסקופים של רנטגן לחדות ואיכותיות הרבה יותר מאי פעם, אומרים חוקרים מאוניברסיטת גטינגן, גרמניה. בדיקות ראשוניות שבוצעו בסינכרוטרון האלקטרון הגרמני (DESY) בהמבורג הראו שהאלגוריתם מאפשר להשיג רזולוציה של מתחת ל-10 ננומטר וניגודיות פאזה כמותית גם עם אופטיקה לא מושלמת.
מיקרוסקופי רנטגן סטנדרטיים הם כלי הדמיה לא הרסניים המסוגלים לפתור פרטים עד לרמת 10 ננומטר במהירויות מהירות במיוחד. ישנן שלוש טכניקות עיקריות. הראשון הוא מיקרוסקופ רנטגן שידור (TXM), שפותחה בשנות ה-1970 ומשתמשת בלוחות אזורי Fresnel (FZPs) כעדשות אובייקטיביות כדי לצלם ולהגדיל ישירות את מבנה הדגימה. השני הוא הדמיה דיפראקטיבית קוהרנטית, שפותחה כדי לעקוף את הבעיות הקשורות לעדשות FZP לא מושלמות על ידי החלפת יצירת תמונה מבוססת עדשה באלגוריתם של אחזור פאזה איטרטיבי. הטכניקה השלישית, מיקרוסקופיה של קרני רנטגן בשדה מלא, מבוססת על הולוגרפיה מוטבעת ויש לה גם רזולוציה גבוהה וגם שדה ראייה מתכוונן, מה שהופך אותה לטובה מאוד להדמיית דגימות ביולוגיות עם ניגודיות חלשה.
שילוב של שלוש טכניקות
בעבודה החדשה, חוקרים בראשות יעקב סולטאו, מרקוס אוסטרהוף וטים סלדיט החל מ- המכון לפיזיקת קרני רנטגן של גטינגן הראה כי על ידי שילוב היבטים של כל שלוש הטכניקות, ניתן להגיע לאיכות תמונה וחדות גבוהה בהרבה. לשם כך, הם השתמשו בלוח אזורי רב-שכבתי (MZP) כעדשה אובייקטיבית להשגת רזולוציית תמונה גבוהה, יחד עם סכימת אחזור פאזה איטרטיבית כמותית כדי לשחזר את האופן שבו קרני רנטגן עוברות דרך הדגימה.
עדשת ה-MZP עשויה משכבות בעלות מבנה דק, כמה שכבות אטומיות עבות המופקדות מטבעות קונצנטריות על ננו-תיל. החוקרים הציבו אותו במרחק מתכוונן בין הדגימה המצטלמת לבין מצלמת רנטגן בקרן רנטגן בהירה וממוקדת במיוחד ב-DESY. האותות שפגעו במצלמה סיפקו מידע על מבנה הדגימה - גם אם היא ספגה מעט או ללא קרינת רנטגן. "כל שנותר היה למצוא אלגוריתם מתאים לפענח את המידע ולשחזר אותו לתמונה חדה", מסבירים סולטאו ועמיתיו. "כדי שהפתרון הזה יעבוד, היה מכריע למדוד במדויק את העדשה עצמה, שהייתה רחוקה מלהיות מושלמת, ולוותר לחלוטין על ההנחה שהיא יכולה להיות אידיאלית".
מיקרוסקופ רנטגן מתחדד
"רק באמצעות השילוב של עדשות ושחזור תמונה מספרי יכולנו להשיג את איכות התמונה הגבוהה", ממשיך סולטאו. "לשם כך, השתמשנו במה שנקרא פונקציית העברת MZP, המאפשרת לנו לבטל אופטיקה מיושרת מושלמת, נטולת סטייות ועיוותים, בין היתר."
החוקרים כינו את הטכניקה שלהם "הדמיה מבוססת כתבים" מכיוון שבניגוד לגישות קונבנציונליות העושות שימוש בעדשה אובייקטיבית כדי להשיג תמונה חדה יותר של המדגם, הם משתמשים ב-MZP כדי "לדווח" על שדה האור שמאחורי המדגם, ולא מנסה להשיג תמונה חדה במישור הגלאי.
הפרטים המלאים של המחקר מתפרסמים ב מכתבי סקירה פיזית.
