Nova tehnika hitro in učinkovito proizvaja barvne rentgenske slike

Nova tehnika hitro in učinkovito proizvaja rentgenske slike v barvah z uporabo posebej strukturirane naprave, imenovane Fresnelova conska plošča (FZP). Tehnika bi se lahko uporabljala v jedrski medicini in radiologiji, pa tudi v nedestruktivnem industrijskem testiranju in analizi materialov.

Rentgenski žarki se pogosto uporabljajo za določanje kemične sestave materialov zaradi značilnega "prstnega odtisa" fluorescence, ki ga različne snovi oddajajo, ko so izpostavljene rentgenski svetlobi. Trenutno pa ta tehnika slikanja zahteva fokusiranje rentgenskih žarkov in skeniranje celotnega vzorca. Glede na težave pri fokusiranju žarka rentgenskih žarkov na majhna območja, zlasti pri tipičnih laboratorijskih virih rentgenskih žarkov, je to zahtevna naloga, zaradi česar je izdelava slik zamudna in draga.

Enkratna osvetlitev in ni potrebe po ostrenju in skeniranju

Nova metoda, ki jo je razvil Jakob Soltau in sodelavci na Inštitut za rentgensko fiziko na Univerzi v Göttingenu, Nemčija, omogoča, da se slika velikega vzorčnega območja pridobi z eno samo osvetlitvijo, pri čemer ni več potrebe po ostrenju in skeniranju. Njihov pristop uporablja barvno rentgensko kamero in pozlačen FZP, nameščen med slikani objekt in detektor. FZP imajo strukturo neprozornih in prozornih območij, ki se pogosto uporabljajo za fokusiranje rentgenskih žarkov, toda v tem poskusu je raziskovalce zanimalo nekaj drugega: senca, ki jo FZP meče na detektor, ko je vzorec osvetljen.

Z merjenjem vzorca intenzivnosti, ki doseže detektor po prehodu skozi FZP, so raziskovalci zbrali informacije o porazdelitvi atomov v vzorcu, ki fluorescirajo na dveh različnih valovnih dolžinah. Nato so to porazdelitev dekodirali z računalniškim algoritmom.

"Zelo dobro poznamo nabor algoritmov, ki jih je mogoče koristno uporabiti za to iz pridobivanja faz pri koherentnem rentgenskem slikanju," pojasnjuje Soltau. "To uporabljamo za rentgensko fluorescenčno slikanje z uporabo rentgenske barvne kamere v našem poskusu, da razlikujemo med različnimi energijami zaznanih rentgenskih fotonov."

Zahvaljujoč temu celovitemu pristopu raziskovalci pravijo, da je za določitev kemične sestave vzorca dovolj samo en posnetek slike. Medtem ko je čas pridobivanja trenutno nekaj ur, upajo, da ga bodo v prihodnosti skrajšali.

Potencial za slikanje bioloških tkiv

Ekipa pravi, da ima nova tehnika veliko potencialnih aplikacij. Ti vključujejo nuklearno medicino in radiologijo; nedestruktivno industrijsko testiranje; analiza materialov; ugotavljanje sestave kemikalij v slikah in kulturnih artefaktih za preverjanje njihove pristnosti; analiza vzorcev zemlje ali rastlin; ter testiranje kakovosti in čistosti polprevodniških komponent in računalniških čipov. Načeloma bi lahko tehniko uporabili tudi za slikanje nekoherentnih virov sevanja, kot so neelastični rentgenski žarki (Compton) in sipanje nevtronov ali sevanje gama, kar bi bilo uporabno za aplikacije v nuklearni medicini.

"Kot raziskovalno skupino nas zelo zanima tridimenzionalno slikanje bioloških tkiv," pravi Soltau Svet fizike. »Združevanje tomografsko slikanje, na primer z detektorjem, ki snema oddani žarek rentgenskih žarkov, da dobimo zemljevid elektronske gostote (tehnika, znana kot slikanje s faznim kontrastom) z našim novim pristopom fluorescenčnega slikanja s polnim poljem, bi nam omogočil slikanje struktur in (lokalnih ) kemične sestave vzorca v enem skeniranju.«

Rentgenska mikroskopija se izostri

V tej prvi predstavitvi nove tehnike, ki je podrobno opisana v Opticaje ekipa iz Göttingena dosegla prostorsko ločljivost približno 35 mikronov in vidno polje približno 1 mm². Medtem ko število vzporedno posnetih elementov ločljivosti ostaja razmeroma nizko, bi se to lahko povečalo z uporabo FZP z manjšimi širinami con ali s povečanjem vzorčne površine, ki je osvetljena proti večjim vidnim poljem. Drug izziv bo skrajšati čase zajemanja brez povečanja neželenega hrupa v ozadju zaradi elastično razpršenega sevanja.

Raziskovalci bi zdaj radi preizkusili svojo tehniko s sinhrotronskim sevanjem, ki je veliko intenzivnejše od rentgenske svetlobe, ki je na voljo v večini laboratorijev. Nadaljnja prednost je, da je sinhrotronsko sevanje sestavljeno iz visokoenergijskih žarkov nabitih delcev, ustvarjenih z uporabo električnih in magnetnih polj, kar mu daje ozko pasovno širino, ki naj bi omogočala večjo prostorsko ločljivost in krajše čase zajemanja. Ekipa si je rezervirala čas Sinhrotronska žarkovna linija DESY PETRA III junija v ta namen.