Yeni bir teknik, Fresnel bölge plakası (FZP) adı verilen özel olarak yapılandırılmış bir cihaz kullanarak hızlı ve verimli bir şekilde renkli X-ışını görüntüleri üretir. Teknik, nükleer tıp ve radyolojinin yanı sıra tahribatsız endüstriyel test ve malzeme analizinde de uygulamalara sahip olabilir.

X-ışınları, farklı maddelerin X-ışını ışığına maruz kaldıklarında yaydıkları floresansın karakteristik "parmak izi" sayesinde, malzemelerin kimyasal bileşimini belirlemek için sıklıkla kullanılır. Ancak şu anda bu görüntüleme tekniği, X-ışınlarına odaklanmayı ve tüm numuneyi taramayı gerektiriyor. Özellikle tipik laboratuvar X-ışını kaynakları ile bir X-ışını demetini küçük alanlara odaklamanın zorluğu göz önüne alındığında, bu zorlu bir görevdir ve görüntülerin üretilmesini zaman alıcı ve pahalı hale getirir.

Tek pozlama ve odaklamaya ve taramaya gerek yok

tarafından geliştirilen yeni yöntem, Jakob Soltau ve meslektaşları Göttingen Üniversitesi'nde X-ışını Fiziği Enstitüsü, Almanya, odaklanma ve tarama ihtiyacını ortadan kaldırırken yalnızca tek bir pozla geniş bir örnek alandan bir görüntünün elde edilmesini sağlar. Yaklaşımları, bir X-ışını renkli kamera ve görüntülenen nesne ile dedektör arasına yerleştirilmiş altın kaplama bir FZP kullanıyor. FZP'ler, genellikle X-ışınlarını odaklamak için kullanılan opak ve şeffaf bölgelerden oluşan bir yapıya sahiptir, ancak bu deneyde araştırmacılar başka bir şeyle ilgilendiler: FZP'nin numune aydınlatıldığında dedektör üzerinde oluşturduğu gölge.

Araştırmacılar, FZP'den geçtikten sonra dedektöre ulaşan yoğunluk modelini ölçerek, numunedeki iki farklı dalga boyunda flüoresan saçan atomların dağılımı hakkında bilgi topladılar. Daha sonra bir bilgisayar algoritması kullanarak bu dağılımın kodunu çözdüler.

Soltau, "Bunun için olumlu bir şekilde kullanılabilecek algoritma setini, tutarlı X-ışını görüntülemede faz geri getirmeden çok iyi biliyoruz," diye açıklıyor. "Bunu, algılanan X-ışını fotonlarının farklı enerjilerini ayırt etmek için deneyimizde X-ışını renkli kamerayı kullanarak X-ışını floresan görüntülemeye uyguluyoruz."

Bu tam alan yaklaşımı sayesinde araştırmacılar, bir numunenin kimyasal bileşimini belirlemek için yalnızca bir görüntü elde etmenin yeterli olduğunu söylüyor. Edinme süresi şu anda birkaç saat mertebesinde olsa da, gelecekte bunu azaltmayı umuyorlar.

Biyolojik dokuları görüntüleme potansiyeli

Ekip, yeni tekniğin birçok potansiyel uygulaması olduğunu söylüyor. Bunlar arasında nükleer tıp ve radyoloji; tahribatsız endüstriyel testler; malzeme analizi; orijinalliğini doğrulamak için resimlerdeki ve kültürel eserlerdeki kimyasalların bileşimlerini belirlemek; toprak örneklerinin veya bitkilerin analizi; ve yarı iletken bileşenlerin ve bilgisayar çiplerinin kalitesinin ve saflığının test edilmesi. Prensip olarak, teknik, nükleer tıp uygulamaları için faydalı olacak, elastik olmayan X-ışını (Compton) ve nötron saçılması veya gama radyasyonu gibi tutarsız radyasyon kaynaklarını görüntülemek için de kullanılabilir.

Soltau, "Bir araştırma grubu olarak, biyolojik dokuların üç boyutlu görüntülenmesiyle çok ilgileniyoruz" diyor. Fizik dünyası. “Birleştirme tomografik görüntülemeörneğin, elektron yoğunluğunun bir haritasını elde etmek için iletilen X-ışını ışınını kaydeden bir detektörle (faz kontrast yayılımlı görüntüleme olarak bilinen bir teknik), yeni tam alanlı floresan görüntüleme yaklaşımımızla yapıları ve (yerel ) tek taramada numunenin kimyasal bileşimleri.”

X-ışını mikroskobu keskinleştirir

Ayrıntılı olarak açıklanan yeni tekniğin bu ilk gösteriminde optik, Göttingen ekibi yaklaşık 35 mikronluk bir uzamsal çözünürlüğe ve yaklaşık 1 mm'lik bir görüş alanına ulaştı². Paralel olarak görüntülenen çözünürlük öğelerinin sayısı nispeten düşük olmakla birlikte, bu, daha küçük bölge genişliklerine sahip bir FZP kullanılarak veya daha geniş görüş alanlarına doğru aydınlatılan örnek alanı artırarak artırılabilir. Diğer bir zorluk, elastik olarak dağılmış radyasyondan kaynaklanan istenmeyen arka plan gürültüsünü artırmadan alım sürelerini azaltmak olacaktır.

Araştırmacılar şimdi tekniklerini çoğu laboratuvarda bulunan X-ışını ışığından çok daha yoğun olan senkrotron radyasyonu ile denemek istiyorlar. Diğer bir avantaj da, senkrotron radyasyonunun, elektrik ve manyetik alanlar kullanılarak üretilen yüksek enerjili yüklü parçacık ışınlarından oluşması ve ona daha yüksek uzamsal çözünürlük ve daha kısa alım süreleri sağlayan dar bir bant genişliği sağlamasıdır. Takım zaman ayırdı DESY'nin PETRA III senkrotron huzmesi Bu amaçla Haziran ayında.