Noua tehnică produce imagini color cu raze X rapid și eficient

O nouă tehnică produce imagini cu raze X în culoare rapid și eficient, folosind un dispozitiv special structurat numit o placă de zonă Fresnel (FZP). Tehnica ar putea avea aplicații în medicina nucleară și radiologie, precum și în testele industriale nedistructive și analiza materialelor.

Razele X sunt utilizate frecvent pentru a determina compoziția chimică a materialelor datorită „amprentei” caracteristice a fluorescenței pe care o emit diferite substanțe atunci când sunt expuse la lumina cu raze X. În prezent, însă, această tehnică de imagistică necesită focalizarea razelor X și scanarea întregii probe. Având în vedere dificultatea focalizării unui fascicul de raze X pe zone mici, în special cu sursele de raze X tipice de laborator, aceasta este o sarcină dificilă, ceea ce face ca imaginile să consume mult timp și să fie costisitoare de produs.

O singură expunere și nu este nevoie de focalizare și scanare

Noua metodă, dezvoltată de Jakob Soltau și colegii de la Institutul pentru fizica cu raze X de la Universitatea din Göttingen, Germania, permite obținerea unei imagini dintr-o zonă mare de probă cu o singură expunere, eliminând în același timp nevoia de focalizare și scanare. Abordarea lor folosește o cameră color cu raze X și un FZP placat cu aur plasat între obiectul care este fotografiat și detector. FZP-urile au o structură de zone opace și transparente care sunt adesea folosite pentru a focaliza razele X, dar în acest experiment, cercetătorii au fost interesați de altceva: umbra pe care FZP o aruncă asupra detectorului atunci când proba este iluminată.

Măsurând modelul de intensitate care ajunge la detector după trecerea prin FZP, cercetătorii au obținut informații despre distribuția atomilor din eșantion care fluorescează la două lungimi de undă diferite. Apoi au decodat această distribuție folosind un algoritm computerizat.

„Cunoaștem foarte bine setul de algoritmi care pot fi folosiți în mod favorabil pentru acest lucru din recuperarea fazei în imagistica coerentă cu raze X”, explică Soltau. „Aplicăm acest lucru imaginilor cu fluorescență cu raze X folosind camera color cu raze X în experimentul nostru pentru a distinge între diferitele energii ale fotonilor de raze X detectați.”

Datorită acestei abordări de câmp complet, cercetătorii spun că o singură achiziție de imagine este suficientă pentru a determina compoziția chimică a unei probe. În timp ce timpul de achiziție este în prezent de ordinul a câteva ore, ei speră să reducă acest lucru în viitor.

Potenţial pentru imagistica ţesuturilor biologice

Echipa spune că noua tehnică are multe aplicații potențiale. Acestea includ medicina nucleară și radiologia; încercări industriale nedistructive; analiza materialelor; determinarea compozițiilor de substanțe chimice din picturi și artefacte culturale pentru verificarea autenticității acestora; analiza probelor de sol sau a plantelor; și testarea calității și purității componentelor semiconductoare și a cipurilor de calculator. În principiu, tehnica ar putea fi folosită și pentru a vizualiza surse de radiații incoerente, cum ar fi raze X inelastice (Compton) și împrăștierea neutronilor sau radiațiile gamma, care ar fi utile pentru aplicațiile de medicină nucleară.

„Ca grup de cercetare, suntem foarte interesați de imagistica tridimensională a țesuturilor biologice”, spune Soltau. Lumea fizicii. „Combinând imagistica tomografica, de exemplu, cu un detector care înregistrează fasciculul de raze X transmis pentru a obține o hartă a densității electronilor (o tehnică cunoscută sub numele de imagistica de propagare a contrastului de fază) cu noua noastră abordare de imagistică cu fluorescență în câmp complet ne-ar permite să imaginăm structuri și (locale). ) compozițiile chimice ale probei într-o singură scanare.”

Microscopia cu raze X se accentuează

În această primă demonstrație a noii tehnici, care este detaliată în OPTICA, echipa Göttingen a obținut o rezoluție spațială de aproximativ 35 de microni și un câmp vizual de aproximativ 1 mm². În timp ce numărul de elemente de rezoluție fotografiate în paralel rămâne relativ scăzut, acesta ar putea fi crescut prin utilizarea unui FZP cu lățimi de zonă mai mici sau prin creșterea zonei de eșantion care este iluminată către câmpuri de vedere mai mari. O altă provocare va fi reducerea timpilor de achiziție fără a crește zgomotul de fond nedorit de la radiația împrăștiată elastic.

Cercetătorii ar dori acum să încerce tehnica lor cu radiația sincrotron, care este mult mai intensă decât lumina cu raze X disponibilă în majoritatea laboratoarelor. Un alt avantaj este că radiația sincrotron constă din fascicule de energie mare de particule încărcate generate folosind câmpuri electrice și magnetice, oferindu-i o lățime de bandă îngustă care ar trebui să permită o rezoluție spațială mai mare și timpi de achiziție mai scurti. Echipa a rezervat timp Linia de fascicul sincrotron PETRA III a lui DESY în iunie în acest scop.