研究人员以前所未有的速度和分辨率捕获X射线图像

研究人员展示了一种新的高分辨率X射线成像技术，该技术可以捕获快速移动的物体的运动和快速变化的动力学。新方法可用于移动机械部件的非破坏性成像，并捕获以前在医学X射线成像中无法获得的生物过程。

以色列Bar-Ilan大学的研究小组负责人Sharon Shwartz说：“我们展示的技术可以与任何X射线源一起使用，而且成本低，简单且耐用。” “因此，它开辟了使用X射线在实验室外测量快速动态的可能性。”

在光学协会(OSA)的《光学快报》上，研究人员描述了他们的新X射线成像方法，该方法使用称为重影成像的非传统成像方法来实现具有高空间分辨率的快速成像速度。他们通过创建以每秒100,000帧的速度旋转的刀片的X射线电影来演示该技术。

Shwartz说：“基于这种技术的医学成像系统可以为医师提供一种新的诊断工具。” “例如，我们的方法可用于获取心脏的高分辨率电影，同时大大减少患者的放射剂量。”

透过表面看

X射线具有独特的穿透可见光不透明表面的能力，因此可用于成像。传统的X射线成像通常使用像素化相机，每个像素在特定位置测量X射线束的强度级别。

捕获更高分辨率的X射线图像需要更多的像素，这反过来会产生大量的数据，这些数据需要花费一些时间来传输。这会在成像速度和空间分辨率之间做出权衡，从而无法捕获高分辨率的高速事件。尽管涉及非常强大的X射线的非常专业的技术可以克服这种折衷，但是这些X射线源仅在世界上少数几个设施中的大型同步加速器中才可用。

在这项新工作中，研究人员转向重影成像，因为它使用了可以提高成像速度的单像素检测器。鬼影成像通过关联两个光束(在本例中为X射线光束)而实现，这两个光束没有单独携带有关对象的任何有意义的信息。一束光编码一个随机图案，该图案用作参考，从不直接探测样品。另一束光束穿过样品。因为很少的X射线能量会与要成像的对象接触，所以重影成像在用于医学成像时也可以帮助减少X射线的照射。

Shwartz说：“尽管单像素检测器比像素检测器快得多，但它们不能提供图像重建所需的空间分辨率。” “我们使用重影成像技术克服了这个问题，并表明我们可以对快速动态影像进行成像，其空间分辨率与最新的X射线像素化探测器相当甚至更好。”

一个简单的解决方案

为了创建重影成像所需的参考光束，研究人员使用了安装在机动载物台上的标准砂纸来创建随机图案，该图案由高分辨率，慢帧速像素化X射线照相机记录下来。当平台移动到每个位置时，X射线束会撞击砂纸的不同区域，从而产生随机的X射线透射或强度波动。

然后，他们从X射线光束中移除了像素化相机，并插入了要成像的物体和一个单像素检测器。他们移动了电动载物台，以在砂纸各个位置引入的强度波动图案照射物体，然后使用单像素检测器测量了光束撞击物体后的总强度。

为了使用这种方法对快速移动的刀片进行成像，研究人员将测量值与刀片的运动同步。甲最终图像然后可以通过与由单像素探测器用于叶片的每个位置测量的强度参考图案相关来重建。

研究人员通过逐帧执行图像重建以捕获不同位置的刀片，从而制作了动叶片的电影。生成的电影清楚地显示了运动，其空间分辨率约为40微米-比当前可用的医学成像系统的分辨率高出近一个数量级。

研究人员正在不断改进整个系统以及图像重建算法，以提高分辨率并缩短测量时间。