เทคนิคใหม่สร้างภาพเอกซเรย์สีได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ

เทคนิคใหม่สร้างภาพเอ็กซ์เรย์สีได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพโดยใช้อุปกรณ์ที่มีโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่า Fresnel zone plate (FZP) เทคนิคนี้สามารถประยุกต์ใช้ในเวชศาสตร์นิวเคลียร์และรังสีวิทยา เช่นเดียวกับการทดสอบทางอุตสาหกรรมแบบไม่ทำลายและการวิเคราะห์วัสดุ

รังสีเอกซ์มักถูกใช้เพื่อระบุองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของ "ลายนิ้วมือ" ของสารเรืองแสงที่สารต่างๆ ปล่อยออกมาเมื่อสัมผัสกับแสงรังสีเอกซ์ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบัน เทคนิคการถ่ายภาพนี้ต้องใช้การโฟกัสรังสีเอกซ์และสแกนตัวอย่างทั้งหมด เนื่องจากความยากในการโฟกัสลำแสงเอ็กซ์เรย์ลงไปยังพื้นที่ขนาดเล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ในห้องปฏิบัติการทั่วไป นี่เป็นงานที่ท้าทาย ทำให้ภาพใช้เวลานานและมีราคาแพงในการผลิต

การเปิดรับแสงเพียงครั้งเดียวและไม่จำเป็นต้องโฟกัสและสแกน

วิธีการใหม่พัฒนาโดย ยาคอบ โซลเทา และเพื่อนร่วมงานที่ สถาบัน X-ray Physics แห่งมหาวิทยาลัย Göttingenประเทศเยอรมนี ช่วยให้สามารถรับภาพจากพื้นที่ตัวอย่างขนาดใหญ่ได้ด้วยการเปิดรับแสงเพียงครั้งเดียว ในขณะที่ไม่จำเป็นต้องโฟกัสและสแกน วิธีการของพวกเขาใช้กล้องสีเอ็กซ์เรย์และ FZP เคลือบทองที่อยู่ระหว่างวัตถุที่กำลังถ่ายภาพกับเครื่องตรวจจับ FZP มีโครงสร้างของโซนทึบแสงและโปร่งแสงที่มักใช้เพื่อโฟกัสรังสีเอกซ์ แต่ในการทดลองนี้ นักวิจัยสนใจสิ่งอื่น นั่นคือ เงาที่ FZP ทอดลงบนเครื่องตรวจจับเมื่อตัวอย่างสว่างขึ้น

ด้วยการวัดรูปแบบความเข้มที่มาถึงเครื่องตรวจจับหลังจากผ่าน FZP นักวิจัยได้รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัวของอะตอมในตัวอย่างที่เรืองแสงที่ความยาวคลื่นสองช่วงที่แตกต่างกัน จากนั้นพวกเขาก็ถอดรหัสการกระจายนี้โดยใช้อัลกอริทึมของคอมพิวเตอร์

"เรารู้จักชุดของอัลกอริธึมที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างดีจากการดึงเฟสในการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ที่สอดคล้องกัน" Soltau อธิบาย "เราใช้สิ่งนี้กับการถ่ายภาพเอ็กซ์เรย์ฟลูออเรสเซนต์โดยใช้กล้องสีเอ็กซ์เรย์ในการทดลองของเราเพื่อแยกความแตกต่างระหว่างพลังงานต่างๆ ของโฟตอนรังสีเอกซ์ที่ตรวจพบ"

ต้องขอบคุณวิธีการแบบเต็มรูปแบบนี้ นักวิจัยกล่าวว่าการได้รับภาพเพียงภาพเดียวก็เพียงพอแล้วในการระบุองค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่าง ในขณะที่เวลาในการได้มานั้นอยู่ในลำดับหลายชั่วโมง พวกเขาหวังว่าจะลดเวลานี้ลงในอนาคต

ศักยภาพในการถ่ายภาพเนื้อเยื่อชีวภาพ

ทีมงานกล่าวว่าเทคนิคใหม่นี้มีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมาย ซึ่งรวมถึงเวชศาสตร์นิวเคลียร์และรังสีวิทยา การทดสอบทางอุตสาหกรรมแบบไม่ทำลาย การวิเคราะห์วัสดุ การกำหนดส่วนประกอบของสารเคมีในภาพวาดและสิ่งประดิษฐ์ทางวัฒนธรรมเพื่อตรวจสอบความถูกต้อง การวิเคราะห์ตัวอย่างดินหรือพืช และทดสอบคุณภาพและความบริสุทธิ์ของส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์และชิปคอมพิวเตอร์ โดยหลักการแล้ว เทคนิคนี้ยังสามารถใช้ถ่ายภาพแหล่งกำเนิดรังสีที่ไม่ต่อเนื่องกัน เช่น รังสีเอกซ์แบบไม่ยืดหยุ่น (คอมป์ตัน) และการกระเจิงของนิวตรอนหรือรังสีแกมมา ซึ่งจะเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งานด้านเวชศาสตร์นิวเคลียร์

"ในฐานะกลุ่มวิจัย เรามีความสนใจอย่างมากในการถ่ายภาพสามมิติของเนื้อเยื่อชีวภาพ" Soltau กล่าว โลกฟิสิกส์. “ผสมผสาน การถ่ายภาพโทโมกราฟีตัวอย่างเช่น ด้วยเครื่องตรวจจับที่บันทึกลำแสงเอ็กซ์เรย์ที่ส่งเข้ามาเพื่อให้ได้แผนที่ของความหนาแน่นของอิเล็กตรอน (เทคนิคที่เรียกว่าการถ่ายภาพการแพร่กระจายคอนทราสต์เฟส) ด้วยวิธีการถ่ายภาพฟลูออเรสเซนซ์เต็มสนามแบบใหม่ของเราจะช่วยให้เราสามารถถ่ายภาพโครงสร้างและ (เฉพาะที่ ) องค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่างในการสแกนครั้งเดียว”

กล้องจุลทรรศน์เอ็กซ์เรย์ช่วยเพิ่มความคมชัด

ในการสาธิตเทคนิคใหม่ครั้งแรกนี้ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ใน เลนส์ทีมงานของเกิตทิงเงนบรรลุความละเอียดเชิงพื้นที่ประมาณ 35 ไมครอนและขอบเขตการมองเห็นประมาณ 1 มม.². แม้ว่าจำนวนองค์ประกอบความละเอียดที่ถ่ายภาพแบบคู่ขนานจะยังคงค่อนข้างต่ำ แต่สามารถเพิ่มได้โดยใช้ FZP ที่มีความกว้างของโซนที่เล็กลงหรือโดยการเพิ่มพื้นที่ตัวอย่างที่สว่างขึ้นไปยังขอบเขตการมองเห็นที่ใหญ่ขึ้น ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการลดเวลาการรับข้อมูลโดยไม่เพิ่มเสียงรบกวนรอบข้างที่ไม่ต้องการจากการแผ่รังสีแบบยืดหยุ่น

ตอนนี้ นักวิจัยต้องการลองใช้เทคนิคของพวกเขากับรังสีซินโครตรอน ซึ่งมีความเข้มกว่าแสงเอ็กซ์เรย์ในห้องปฏิบัติการส่วนใหญ่มาก ข้อได้เปรียบอีกประการหนึ่งคือรังสีซินโครตรอนประกอบด้วยลำแสงพลังงานสูงของอนุภาคมีประจุที่สร้างขึ้นโดยใช้สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ทำให้มีแบนด์วิธที่แคบซึ่งควรให้ความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สูงขึ้นและเวลาในการได้มาที่สั้นลง ทางทีมงานได้ทำการจองเวลา ลำแสงซินโครตรอน PETRA III ของ DESY ในเดือนมิถุนายนเพื่อการนี้