Una nueva técnica produce imágenes de rayos X en color de manera rápida y eficiente utilizando un dispositivo especialmente estructurado llamado placa de zona de Fresnel (FZP). La técnica podría tener aplicaciones en medicina nuclear y radiología, así como en pruebas industriales no destructivas y análisis de materiales.

Los rayos X se utilizan con frecuencia para determinar la composición química de los materiales gracias a la característica "huella digital" de fluorescencia que emiten diferentes sustancias cuando se exponen a la luz de rayos X. En la actualidad, sin embargo, esta técnica de imagen requiere enfocar los rayos X y escanear toda la muestra. Dada la dificultad de enfocar un haz de rayos X en áreas pequeñas, especialmente con fuentes de rayos X típicas de laboratorio, esta es una tarea desafiante, que hace que la producción de imágenes requiera mucho tiempo y sea costosa.

Exposición única y sin necesidad de enfocar y escanear

El nuevo método, desarrollado por Jacob Soltau y colegas en el Instituto de Física de Rayos X de la Universidad de Göttingen, Alemania, permite obtener una imagen de un área de muestra grande con una sola exposición, eliminando la necesidad de enfocar y escanear. Su enfoque utiliza una cámara a color de rayos X y un FZP chapado en oro colocado entre el objeto que se está fotografiando y el detector. Los FZP tienen una estructura de zonas opacas y transparentes que a menudo se usan para enfocar los rayos X, pero en este experimento, los investigadores estaban interesados ​​en otra cosa: la sombra que el FZP proyecta sobre el detector cuando se ilumina la muestra.

Al medir el patrón de intensidad que llega al detector después de pasar por el FZP, los investigadores obtuvieron información sobre la distribución de átomos en la muestra que emiten fluorescencia en dos longitudes de onda diferentes. Luego decodificaron esta distribución utilizando un algoritmo informático.

"Conocemos muy bien el conjunto de algoritmos que se pueden usar favorablemente para esto a partir de la recuperación de fase en imágenes de rayos X coherentes", explica Soltau. "Aplicamos esto a las imágenes de fluorescencia de rayos X utilizando la cámara de rayos X en color en nuestro experimento para distinguir entre las diferentes energías de los fotones de rayos X detectados".

Gracias a este enfoque de campo completo, los investigadores dicen que solo una adquisición de imagen es suficiente para determinar la composición química de una muestra. Si bien el tiempo de adquisición actualmente es del orden de varias horas, esperan reducirlo en el futuro.

Potencial para obtener imágenes de tejidos biológicos

El equipo dice que la nueva técnica tiene muchas aplicaciones potenciales. Estos incluyen medicina nuclear y radiología; ensayos industriales no destructivos; análisis de materiales; determinar las composiciones de productos químicos en pinturas y artefactos culturales para verificar su autenticidad; análisis de muestras de suelo o plantas; y probar la calidad y la pureza de los componentes semiconductores y los chips informáticos. En principio, la técnica también podría usarse para obtener imágenes de fuentes de radiación incoherentes, como rayos X inelásticos (Compton) y dispersión de neutrones o radiación gamma, lo que sería útil para aplicaciones de medicina nuclear.

“Como grupo de investigación, estamos muy interesados ​​en la obtención de imágenes tridimensionales de tejidos biológicos”, dice Soltau. Mundo de la física. "Combinatorio imágenes tomográficas, por ejemplo, con un detector que registra el haz de rayos X transmitido para obtener un mapa de la densidad de electrones (una técnica conocida como imágenes de propagación de contraste de fase) con nuestro nuevo enfoque de imágenes de fluorescencia de campo completo nos permitiría obtener imágenes de estructuras y (locales). ) composiciones químicas de la muestra en un solo escaneo”.

La microscopía de rayos X se agudiza

En esta primera demostración de la nueva técnica, que se detalla en óptica, el equipo de Göttingen logró una resolución espacial de unas 35 micras y un campo de visión de alrededor de 1 mm². Si bien el número de elementos de resolución fotografiados en paralelo sigue siendo relativamente bajo, se podría aumentar usando un FZP con anchos de zona más pequeños o aumentando el área de muestra iluminada hacia campos de visión más grandes. Otro desafío será reducir los tiempos de adquisición sin aumentar el ruido de fondo no deseado de la radiación dispersada elásticamente.

A los investigadores les gustaría ahora probar su técnica con radiación de sincrotrón, que es mucho más intensa que la luz de rayos X disponible en la mayoría de los laboratorios. Otra ventaja es que la radiación de sincrotrón consiste en haces de partículas cargadas de alta energía generados mediante campos eléctricos y magnéticos, lo que le otorga un ancho de banda estrecho que debería permitir una mayor resolución espacial y tiempos de adquisición más breves. El equipo ha reservado tiempo en Línea de luz de sincrotrón PETRA III de DESY en junio para este fin.