Neues Lichttransportmodell verbessert Röntgenphasenkontrastbildgebung

Forscher der University of Houston haben einen Fortschritt in der Röntgenbildgebungstechnologie vorgestellt, der erhebliche Verbesserungen in der medizinischen Diagnostik, der Material- und Industriebildgebung, der Transportsicherheit und anderen Anwendungen bringen könnte.

In einem Artikel auf dem Cover von OptischMini Das, Moores-Professor am UH College of Natural Sciences and Mathematics und am Cullen College of Engineering, und Jingcheng Yuan, ein Doktorand der UH-Physik, präsentieren ein neues Lichttransportmodell für ein System der Einzelmasken-Phasenbildgebung, das nicht- zerstörerische Tiefenbildgebung zur Sichtbarkeit von Materialien mit leichten Elementen, einschließlich Weichgewebe wie Krebs und Hintergrundgewebe wie Kunststoffe und Sprengstoffe.

„Die alte Röntgentechnologie beruht auf der Absorption von Röntgenstrahlen, um ein Bild zu erzeugen“, erklärt Das. „Aber diese Methode ist bei Materialien ähnlicher Dichte schwierig anzuwenden, was zu einem geringen Kontrast und Schwierigkeiten bei der Unterscheidung verschiedener Materialien führt, was eine Herausforderung für die medizinische Bildgebung, die Sprengstoffdetektion und andere Bereiche darstellt.“ »

Die Röntgenphasenkontrastbildgebung (PCI) hat in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit erhalten, da sie das Potenzial hat, durch die relativen Phasenänderungen beim Durchgang von Röntgenstrahlen durch ein Objekt einen verbesserten Kontrast für Weichgewebe zu erzielen. Unter den vielen verfügbaren Techniken zeichnet sich die Einzelmasken-Differenzialbildgebung durch ihre Einfachheit und Effektivität bei der Umsetzung in praktische Anwendungen und der Erzeugung kontrastreicherer Bilder im Vergleich zu anderen Methoden aus. Und das auf viel einfachere und effizientere Weise mit der niedrig dosierten Bildgebung in einer einzigen Aufnahme.

„Unser neues Lichttransportmodell ermöglicht ein Verständnis der Kontrastbildung und wie sich mehrere Kontrastmerkmale in den erfassten Daten vermischen“, sagte Das. „Dadurch ist es möglich, Bilder mit zwei unterschiedlichen Arten von Kontrastmechanismen aus einer einzigen Aufnahme wiederherzustellen, was einen erheblichen Fortschritt im Vergleich zu herkömmlichen Methoden darstellt.“ »

Das Design verwendet eine Röntgenmaske mit periodischen Schlitzen, wodurch eine kompakte Konfiguration entsteht, die den Kantenkontrast verbessert.

„Diese Maske richtet sich nach den Pixeln im Detektor aus und ermöglicht es uns, differenzielle Phaseninformationen zu erfassen, die Unterschiede zwischen Materialien deutlicher zeigen. Der Hauptvorteil dieser Lösung besteht darin, dass sie die Einrichtung vereinfacht und den Bedarf an hochauflösenden Detektoren oder komplexen Multi-Shot-Prozessen reduziert“, fügte Das hinzu.

Das Team von Das hat sein Modell bereits durch strenge Simulationen und auf seinem eigenen Labor-Röntgenbildgebungssystem getestet. Das nächste Ziel sei es, sagt sie, die Technologie in tragbare Systeme zu integrieren und bestehende Bildgebungseinrichtungen nachzurüsten, um sie in realen Umgebungen wie Krankenhäusern, industrieller Strahlenbildgebung und Flughäfen zu testen.

„Unsere Forschung eröffnet neue Möglichkeiten für die Röntgenbildgebung, indem sie eine einfache, effiziente und kostengünstige Methode zur Verbesserung des Bildkontrasts bereitstellt, was für die zerstörungsfreie Tiefenbildgebung von entscheidender Bedeutung ist“, sagt Das.

„Dies macht die Phasenkontrastbildgebung zugänglicher und praktischer, was zu einer besseren Diagnose und einer verbesserten Sicherheitsüberwachung führt.“ Es ist eine vielseitige Lösung für eine Vielzahl von Bildgebungsherausforderungen. Wir testen derzeit die Machbarkeit verschiedener Anwendungen. »