新技术快速高效地生成彩色 X 射线图像

一种新技术使用称为菲涅尔波带板 (FZP) 的特殊结构设备快速高效地生成彩色 X 射线图像。 该技术可应用于核医学和放射学，以及无损工业测试和材料分析。

由于不同物质在暴露于 X 射线光时会发出特有的荧光“指纹”，X 射线经常用于确定材料的化学成分。 然而，目前这种成像技术需要聚焦 X 射线并扫描整个样本。 鉴于难以将 X 射线束聚焦到小区域，尤其是使用典型的实验室 X 射线源，这是一项具有挑战性的任务，使图像制作既费时又昂贵。

一次曝光，无需对焦和扫描

新方法，由 雅各布索尔陶 和同事 哥廷根大学 X 射线物理研究所，德国，只需一次曝光即可获得大样本区域的图像，同时无需聚焦和扫描。 他们的方法使用 X 射线彩色相机和放置在被成像物体和检测器之间的镀金 FZP。 FZP 具有不透明和透明区域结构，通常用于聚焦 X 射线，但在这个实验中，研究人员对其他东西感兴趣：当样品被照亮时，FZP 投射在检测器上的阴影。

通过测量通过 FZP 后到达检测器的强度模式，研究人员收集了有关样品中以两种不同波长发出荧光的原子分布的信息。 然后他们使用计算机算法解码了这个分布。

Soltau 解释说：“我们从相干 X 射线成像的相位检索中知道可以很好地用于此目的的一组算法。” “我们在实验中使用 X 射线彩色相机将其应用于 X 射线荧光成像，以区分检测到的 X 射线光子的不同能量。”

多亏了这种全场方法，研究人员表示，只需一次图像采集就足以确定样品的化学成分。 虽然目前的采集时间大约为几个小时，但他们希望在未来减少这一时间。

对生物组织成像的潜力

该团队表示，这项新技术有许多潜在的应用。 其中包括核医学和放射学； 无损工业测试； 材料分析； 确定绘画和文物中的化学成分以验证其真实性； 土壤样本或植物分析； 测试半导体元件和计算机芯片的质量和纯度。 原则上，该技术还可用于对非相干辐射源成像，例如非弹性 X 射线（康普顿）和中子散射或伽马辐射，这对核医学应用很有用。

“作为一个研究小组，我们对生物组织的三维成像非常感兴趣，”索尔陶说 物理世界. “结合 断层成像，例如，用一个检测器记录透射的 X 射线束以获得电子密度图（一种称为相位对比传播成像的技术）和我们新颖的全场荧光成像方法将使我们能够对结构和（局部）进行成像) 一次扫描中样品的化学成分。”

X射线显微镜锐化

在这项新技术的首次演示中，详述于 。光学，哥廷根团队实现了约 35 微米的空间分辨率和约 1 毫米的视野². 虽然并行成像的分辨率元素的数量仍然相对较低，但可以通过使用具有更小区域宽度的 FZP 或通过增加被照亮的样品区域朝向更大的视野来增加。 另一个挑战是在不增加弹性散射辐射产生的不需要的背景噪声的情况下减少采集时间。

研究人员现在想用同步辐射测试他们的技术，这种辐射比大多数实验室可用的 X 射线强得多。 另一个优势是同步辐射由电场和磁场产生的高能带电粒子束组成，使其带宽较窄，可以实现更高的空间分辨率和更短的采集时间。 团队已预定时间 DESY 的 PETRA III 同步加速器光束线 XNUMX 月为此目的。