Los investigadores han demostrado una nueva técnica de imágenes de rayos X de alta resolución que puede capturar el movimiento de objetos que se mueven rápidamente y dinámicas que cambian rápidamente. El nuevo método podría utilizarse para obtener imágenes no destructivas de componentes mecánicos en movimiento y para capturar procesos biológicos que antes no estaban disponibles con imágenes médicas de rayos X.

"La técnica que demostramos se puede utilizar con cualquier fuente de rayos X, además es de bajo costo, simple y robusto, "dijo la líder del equipo de investigación Sharon Shwartz de la Universidad Bar-Ilan en Israel". abre la posibilidad de utilizar rayos X para medir dinámicas rápidas fuera del laboratorio ".

En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express , los investigadores describen su nuevo enfoque de imágenes de rayos X, que utiliza un método de imagen no tradicional conocido como imagen fantasma para lograr velocidades de imagen rápidas con alta resolución espacial. Demuestran la técnica creando una película de rayos X de una cuchilla que gira a 100, 000 cuadros por segundo.

"Los sistemas de imágenes médicas basados ​​en esta técnica podrían ofrecer una nueva herramienta de diagnóstico para los médicos, "dijo Shwartz." Nuestro enfoque podría, por ejemplo, puede utilizarse para adquirir películas de alta resolución del corazón mientras se reduce en gran medida la dosis de radiación para los pacientes ".

Ver a través de superficies

Los rayos X son útiles para la obtención de imágenes debido a su capacidad única de penetrar superficies que son opacas a las longitudes de onda visibles. Las imágenes de rayos X tradicionales suelen utilizar una cámara pixelada en la que cada píxel mide el nivel de intensidad del haz de rayos X en una posición específica.

La captura de imágenes de rayos X de mayor resolución requiere más píxeles, cuales, Sucesivamente, crea grandes cantidades de datos que tardan en transferirse. Esto crea una compensación entre la velocidad de imagen y la resolución espacial que hace que sea imposible capturar eventos de alta velocidad con alta resolución. Aunque técnicas muy especializadas que involucran rayos X extremadamente poderosos pueden superar este compromiso, estas fuentes de rayos X solo están disponibles en grandes sincrotrones que se encuentran en unas pocas instalaciones en todo el mundo.

En el nuevo trabajo los investigadores recurrieron a las imágenes fantasma porque utiliza detectores de un solo píxel que pueden mejorar la velocidad de la imagen. Las imágenes fantasma funcionan correlacionando dos haces; en este caso, Haces de rayos X:que no llevan individualmente ninguna información significativa sobre el objeto. Un haz codifica un patrón aleatorio que actúa como referencia y nunca sondea directamente la muestra. El otro rayo atraviesa la muestra. Debido a que muy poca potencia de rayos X entra en contacto con el objeto que se está fotografiando, Las imágenes fantasma también pueden ayudar a reducir la exposición a los rayos X cuando se utilizan para imágenes médicas.

"Aunque los detectores de un solo píxel pueden ser mucho más rápidos que los detectores pixelados, no proporcionan la resolución espacial necesaria para la reconstrucción de imágenes, ", dijo Shwartz." Utilizamos imágenes fantasma para superar este problema y demostramos que podemos obtener imágenes dinámicas rápidas con una resolución espacial comparable o incluso mejor que los detectores pixelados de rayos X de última generación ".

Una solucion simple

Para crear el haz de referencia necesario para la imagen fantasma, Los investigadores utilizaron papel de lija estándar montado en escenarios motorizados para crear un patrón aleatorio que se registró con alta resolución. cámara de rayos X pixelada de velocidad de fotogramas lenta. A medida que el escenario se movía a cada posición, el haz de rayos X golpeó un área diferente del papel de lija, crear transmisiones de rayos X aleatorias, o fluctuaciones de intensidad.

Luego quitaron la cámara pixelada del haz de rayos X e insertaron el objeto a ser fotografiado y un detector de un solo píxel. Movieron las etapas motorizadas para irradiar el objeto con los patrones de fluctuación de intensidad introducidos en las diversas posiciones del papel de lija y luego midieron la intensidad total después de que el rayo golpeó el objeto utilizando el detector de un solo píxel.

Para utilizar este enfoque para obtener imágenes de una hoja de movimiento rápido, los investigadores sincronizaron las medidas con el movimiento de la hoja. A continuación, se podría reconstruir una imagen final correlacionando el patrón de referencia con la intensidad medida por el detector de un solo píxel para cada posición de la hoja.

Los investigadores crearon una película de la hoja en movimiento realizando una reconstrucción de la imagen fotograma a fotograma para capturar la hoja en diferentes posiciones. La película resultante muestra claramente el movimiento con una resolución espacial de aproximadamente 40 micrones, casi un orden de magnitud mejor que la resolución de los sistemas de imágenes médicas disponibles actualmente.

Los investigadores continúan realizando mejoras en el sistema general, así como en el algoritmo de reconstrucción de imágenes para mejorar la resolución y acortar los tiempos de medición.