Os pesquisadores demonstraram uma nova técnica de imagem de raios-X de alta resolução que pode capturar o movimento de objetos que se movem rapidamente e que mudam rapidamente de dinâmica. O novo método pode ser usado para imagens não destrutivas de componentes mecânicos em movimento e para capturar processos biológicos não disponíveis anteriormente com imagens médicas de raios-X.

"A técnica que demonstramos pode ser usada com qualquer fonte de raios-X, além disso, é de baixo custo, simples e robusto, "disse o líder da equipe de pesquisa Sharon Shwartz, da Universidade Bar-Ilan em Israel." Assim, abre a possibilidade de usar raios-X para medir a dinâmica rápida fora do laboratório. "

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , os pesquisadores descrevem sua nova abordagem de imagem de raios-X, que usa um método de imagem não tradicional conhecido como imagem fantasma para atingir velocidades de imagem rápidas com alta resolução espacial. Eles demonstram a técnica criando um filme de raios-X de uma lâmina girando a 100, 000 quadros por segundo.

"Os sistemas de imagens médicas baseados nesta técnica podem oferecer uma nova ferramenta de diagnóstico para os médicos, "disse Shwartz." Nossa abordagem poderia, por exemplo, ser usado para adquirir filmes de alta resolução do coração enquanto reduz significativamente a dose de radiação para os pacientes. "

Vendo através das superfícies

Os raios X são úteis para imagens por causa de sua capacidade única de penetrar em superfícies opacas aos comprimentos de onda visíveis. A geração de imagens de raios-X tradicional normalmente usa uma câmera pixelizada com cada pixel medindo o nível de intensidade do feixe de raios-X em uma posição específica.

A captura de imagens de raios-X de alta resolução requer mais pixels, que, por sua vez, cria grandes quantidades de dados que demoram para serem transferidos. Isso cria uma compensação entre a velocidade da imagem e a resolução espacial que torna impossível capturar eventos de alta velocidade com alta resolução. Embora técnicas muito especializadas envolvendo raios-X extremamente poderosos possam superar essa desvantagem, essas fontes de raios-X estão disponíveis apenas em grandes síncrotrons encontrados em algumas instalações ao redor do mundo.

No novo trabalho, os pesquisadores se voltaram para a imagem fantasma porque ela usa detectores de pixel único que podem melhorar a velocidade da imagem. A imagem fantasma funciona correlacionando dois feixes - neste caso, Feixes de raios-X - que não carregam individualmente nenhuma informação significativa sobre o objeto. Um feixe codifica um padrão aleatório que atua como uma referência e nunca testa diretamente a amostra. O outro feixe passa pela amostra. Porque muito pouco poder de raio-X entra em contato com o objeto sendo visualizado, a imagem fantasma também pode ajudar a reduzir a exposição aos raios X quando usada para imagens médicas.

"Embora os detectores de pixel único possam ser muito mais rápidos do que os detectores de pixel, eles não fornecem a resolução espacial necessária para a reconstrução da imagem, "disse Shwartz." Usamos imagens fantasmas para superar este problema e mostramos que podemos obter imagens dinâmicas rápidas com resolução espacial comparável ou até melhor do que os detectores pixelizados de raio-X de última geração. "

Uma solução simples

Para criar o feixe de referência necessário para imagens fantasmas, os pesquisadores usaram uma lixa padrão montada em palcos motorizados para criar um padrão aleatório que foi gravado com alta resolução, câmera de raio-X pixelizada com taxa de quadros lenta. Conforme o palco foi movido para cada posição, o feixe de raios X atingiu uma área diferente da lixa, criando transmissões aleatórias de raios-X, ou flutuações de intensidade.

Eles então removeram a câmera pixelizada do feixe de raios-X e inseriram o objeto a ser fotografado e um detector de pixel único. Eles moveram os estágios motorizados para irradiar o objeto com os padrões de flutuação de intensidade introduzidos nas várias posições da lixa e então mediram a intensidade total após o feixe atingir o objeto usando o detector de pixel único.

Para usar essa abordagem para criar imagens de uma lâmina em movimento rápido, os pesquisadores sincronizaram as medidas com o movimento da lâmina. Uma imagem final poderia então ser reconstruída correlacionando o padrão de referência com a intensidade medida pelo detector de pixel único para cada posição da lâmina.

Os pesquisadores criaram um filme da lâmina em movimento ao realizar a reconstrução da imagem quadro a quadro para capturar a lâmina em diferentes posições. O filme resultante mostra claramente o movimento com uma resolução espacial de cerca de 40 mícrons - quase uma ordem de magnitude melhor do que a resolução dos sistemas de imagens médicas disponíveis atualmente.

Os pesquisadores estão continuando a fazer melhorias no sistema geral, bem como no algoritmo de reconstrução de imagem para melhorar a resolução e reduzir os tempos de medição.