Les chercheurs ont démontré une nouvelle technique d'imagerie aux rayons X à haute résolution qui peut capturer le mouvement d'objets en mouvement rapide et des dynamiques changeant rapidement. La nouvelle méthode pourrait être utilisée pour l'imagerie non destructive de composants mécaniques en mouvement et pour capturer des processus biologiques qui n'étaient pas disponibles auparavant avec l'imagerie médicale par rayons X.

"La technique que nous avons démontrée peut être utilisée avec n'importe quelle source de rayons X, en plus c'est pas cher, simple et robuste, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Sharon Shwartz de l'Université Bar-Ilan en Israël. " Ainsi, cela ouvre la possibilité d'utiliser les rayons X pour mesurer des dynamiques rapides en dehors du laboratoire."

Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , les chercheurs décrivent leur nouvelle approche d'imagerie par rayons X, qui utilise une méthode d'imagerie non traditionnelle connue sous le nom d'imagerie fantôme pour obtenir des vitesses d'imagerie rapides avec une résolution spatiale élevée. Ils démontrent la technique en créant un film radiographique d'une lame tournant à 100, 000 images par seconde.

« Les systèmes d'imagerie médicale basés sur cette technique pourraient offrir un nouvel outil de diagnostic pour les médecins, " a déclaré Shwartz. " Notre approche pourrait, par exemple, être utilisé pour acquérir des films haute résolution du cœur tout en réduisant considérablement la dose de rayonnement pour les patients. »

Voir à travers les surfaces

Les rayons X sont utiles pour l'imagerie en raison de leur capacité unique à pénétrer des surfaces opaques aux longueurs d'onde visibles. L'imagerie par rayons X traditionnelle utilise généralement une caméra pixelisée avec chaque pixel mesurant le niveau d'intensité du faisceau de rayons X à une position spécifique.

La capture d'images radiographiques à plus haute résolution nécessite plus de pixels, lequel, à son tour, crée d'énormes quantités de données qui prennent du temps à transférer. Cela crée un compromis entre la vitesse d'imagerie et la résolution spatiale qui rend impossible la capture d'événements à grande vitesse avec une résolution élevée. Bien que des techniques très spécialisées impliquant des rayons X extrêmement puissants puissent surmonter ce compromis, ces sources de rayons X ne sont disponibles que dans les grands synchrotrons que l'on trouve dans quelques installations dans le monde.

Dans le nouveau travail, les chercheurs se sont tournés vers l'imagerie fantôme car elle utilise des détecteurs à pixel unique qui peuvent améliorer la vitesse d'imagerie. L'imagerie fantôme fonctionne en corrélant deux faisceaux - dans ce cas, Faisceaux de rayons X—qui ne transportent individuellement aucune information significative sur l'objet. Un faisceau code un motif aléatoire qui sert de référence et ne sonde jamais directement l'échantillon. L'autre faisceau traverse l'échantillon. Parce que très peu de puissance des rayons X entre en contact avec l'objet à imager, L'imagerie fantôme peut également aider à réduire l'exposition aux rayons X lorsqu'elle est utilisée pour l'imagerie médicale.

"Bien que les détecteurs à un seul pixel puissent être beaucoup plus rapides que les détecteurs pixelisés, ils n'apportent pas la résolution spatiale nécessaire à la reconstruction de l'image, " a déclaré Shwartz. " Nous avons utilisé l'imagerie fantôme pour surmonter ce problème et avons montré que nous pouvons imager des dynamiques rapides avec une résolution spatiale comparable ou même meilleure que les détecteurs pixelisés à rayons X de pointe. "

Une solution simple

Pour créer le faisceau de référence nécessaire à l'imagerie fantôme, les chercheurs ont utilisé du papier de verre standard monté sur des scènes motorisées pour créer un motif aléatoire qui a été enregistré avec une haute résolution, caméra à rayons X pixélisée à fréquence d'images lente. Comme la scène a été déplacée à chaque position, le faisceau de rayons X a frappé une zone différente du papier de verre, créer des transmissions de rayons X aléatoires, ou des fluctuations d'intensité.

Ils ont ensuite retiré la caméra pixelisée du faisceau de rayons X et inséré l'objet à imager et un détecteur à un seul pixel. Ils ont déplacé les étages motorisés pour irradier l'objet avec les modèles de fluctuation d'intensité introduits aux différentes positions du papier de verre, puis ont mesuré l'intensité totale après que le faisceau a frappé l'objet en utilisant le détecteur à pixel unique.

Pour utiliser cette approche pour imager une lame en mouvement rapide, les chercheurs ont synchronisé les mesures avec le mouvement de la lame. Une image finale pourrait alors être reconstruite en corrélant le motif de référence avec l'intensité mesurée par le détecteur monopixel pour chaque position de la lame.

Les chercheurs ont créé un film de la lame en mouvement en effectuant une reconstruction d'image image par image pour capturer la lame à différentes positions. Le film qui en résulte montre clairement le mouvement avec une résolution spatiale d'environ 40 microns, soit près d'un ordre de grandeur supérieur à la résolution des systèmes d'imagerie médicale actuellement disponibles.

Les chercheurs continuent d'apporter des améliorations au système global ainsi qu'à l'algorithme de reconstruction d'image pour améliorer la résolution et raccourcir les temps de mesure.