Một kỹ thuật mới tạo ra hình ảnh tia X có màu một cách nhanh chóng và hiệu quả bằng cách sử dụng một thiết bị có cấu trúc đặc biệt gọi là tấm vùng Fresnel (FZP). Kỹ thuật này có thể có các ứng dụng trong y học hạt nhân và X quang, cũng như trong thử nghiệm công nghiệp không phá hủy và phân tích vật liệu.

Tia X thường được sử dụng để xác định thành phần hóa học của vật liệu nhờ vào “dấu vân tay” đặc trưng của huỳnh quang mà các chất khác nhau phát ra khi tiếp xúc với ánh sáng tia X. Tuy nhiên, hiện tại, kỹ thuật hình ảnh này yêu cầu tập trung các tia X và quét toàn bộ mẫu. Do khó tập trung chùm tia X xuống các khu vực nhỏ, đặc biệt là với các nguồn tia X điển hình trong phòng thí nghiệm, đây là một nhiệm vụ đầy thách thức, khiến cho việc tạo ra hình ảnh tốn thời gian và tốn kém.

Phơi sáng đơn và không cần lấy nét và quét

Phương pháp mới, được phát triển bởi Jakob Soltau và các đồng nghiệp tại Viện Vật lý tia X tại Đại học Göttingen, Đức, cho phép thu được hình ảnh từ một khu vực mẫu lớn chỉ với một lần phơi sáng duy nhất, đồng thời loại bỏ nhu cầu lấy nét và quét. Cách tiếp cận của họ sử dụng máy ảnh màu tia X và FZP mạ vàng được đặt giữa đối tượng được chụp ảnh và máy dò. FZP có cấu trúc gồm các vùng mờ đục và trong suốt thường được sử dụng để tập trung tia X, nhưng trong thí nghiệm này, các nhà nghiên cứu quan tâm đến một thứ khác: bóng mà FZP tạo ra trên máy dò khi mẫu được chiếu sáng.

Bằng cách đo mẫu cường độ đến máy dò sau khi đi qua FZP, các nhà nghiên cứu đã thu được thông tin về sự phân bố của các nguyên tử trong mẫu phát huỳnh quang ở hai bước sóng khác nhau. Sau đó, họ giải mã phân phối này bằng thuật toán máy tính.

Soltau giải thích: “Chúng tôi biết tập hợp các thuật toán có thể được sử dụng thuận lợi cho việc này rất tốt từ việc lấy lại pha trong hình ảnh tia X kết hợp,” Soltau giải thích. “Chúng tôi áp dụng điều này cho hình ảnh huỳnh quang tia X bằng máy ảnh màu tia X trong thí nghiệm của mình để phân biệt giữa các năng lượng khác nhau của các photon tia X được phát hiện.”

Nhờ cách tiếp cận toàn diện này, các nhà nghiên cứu cho biết chỉ cần thu được một hình ảnh là đủ để xác định thành phần hóa học của mẫu. Mặc dù thời gian mua hiện tại là khoảng vài giờ, nhưng họ hy vọng sẽ giảm được điều này trong tương lai.

Tiềm năng chụp ảnh các mô sinh học

Nhóm nghiên cứu cho biết kỹ thuật mới có nhiều ứng dụng tiềm năng. Chúng bao gồm y học hạt nhân và X quang; thử nghiệm công nghiệp không phá hủy; phân tích vật liệu; xác định thành phần hóa chất trong các bức tranh và đồ tạo tác văn hóa để xác minh tính xác thực của chúng; phân tích mẫu đất hoặc thực vật; và thử nghiệm chất lượng và độ tinh khiết của linh kiện bán dẫn và chip máy tính. Về nguyên tắc, kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng để chụp ảnh các nguồn bức xạ không kết hợp như tia X không đàn hồi (Compton) và tán xạ neutron hoặc bức xạ gamma, sẽ hữu ích cho các ứng dụng y học hạt nhân.

Soltau nói: “Là một nhóm nghiên cứu, chúng tôi rất quan tâm đến hình ảnh ba chiều của các mô sinh học. Thế giới vật lý. “Kết hợp chụp cắt lớp, ví dụ, với một máy dò ghi lại chùm tia X truyền qua để thu được bản đồ mật độ electron (một kỹ thuật được gọi là tạo ảnh truyền tương phản pha) với phương pháp tạo ảnh huỳnh quang toàn trường mới lạ của chúng tôi sẽ cho phép chúng tôi tạo ảnh các cấu trúc và (cục bộ ) thành phần hóa học của mẫu trong một lần quét.”

Kính hiển vi tia X làm sắc nét hơn

Trong phần trình diễn đầu tiên của kỹ thuật mới này, được trình bày chi tiết trong quang học, nhóm Göttingen đã đạt được độ phân giải không gian khoảng 35 micron và trường nhìn khoảng 1 mm². Mặc dù số lượng phần tử có độ phân giải được tạo ảnh song song vẫn còn tương đối thấp, nhưng điều này có thể tăng lên bằng cách sử dụng FZP có độ rộng vùng nhỏ hơn hoặc bằng cách tăng vùng mẫu được chiếu sáng về phía các trường quan sát lớn hơn. Một thách thức khác là giảm thời gian thu nhận mà không làm tăng nhiễu nền không mong muốn từ bức xạ tán xạ đàn hồi.

Bây giờ các nhà nghiên cứu muốn thử kỹ thuật của họ với bức xạ synchrotron, mạnh hơn nhiều so với ánh sáng tia X có sẵn trong hầu hết các phòng thí nghiệm. Một lợi thế nữa là bức xạ synchrotron bao gồm các chùm hạt tích điện năng lượng cao được tạo ra bằng cách sử dụng điện trường và từ trường, mang lại cho nó một băng thông hẹp cho phép độ phân giải không gian cao hơn và thời gian thu nhận ngắn hơn. Nhóm đã đặt thời gian vào Chùm tia synchrotron PETRA III của DESY vào tháng XNUMX cho mục đích này.