Pesquisadores capturam imagens de raios-X com velocidade e resolução sem precedentes

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 mudam rapidamente a dinâmica. O novo método poderia 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 de ser de baixo custo, simples e robusta", disse o líder da equipe de pesquisa Sharon Shwartz da Universidade Bar-Ilan em Israel. "Assim, abre-se a possibilidade de usar raios-X para medir a dinâmica rápida fora do laboratório."

No jornal Optics Express da The Optical Society (OSA), 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 usada para adquirir filmes de alta resolução do coração enquanto reduz 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 para comprimentos de onda visíveis. A imagem tradicional de raios-X 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, o que, por sua vez, cria enormes 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. Como muito pouca energia do raio-X entra em contato com o objeto que está sendo visualizado, a imagem fantasma também pode ajudar a reduzir a exposição ao raio-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 esse problema e mostramos que podemos obter imagens de dinâmica rápida 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 a imagem fantasma, os pesquisadores usaram uma lixa padrão montada em palcos motorizados para criar um padrão aleatório que foi gravado com uma câmera de raios X pixelizada de alta resolução e baixa taxa de quadros. 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 visualizado 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 obter imagens de uma lâmina em movimento rápido, os pesquisadores sincronizaram as medições 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 continuam a fazer melhorias no sistema geral, bem como no algoritmo de reconstrução de imagem para melhorar a resolução e reduzir os tempos de medição.

Para mais informações: www.osa.org

Imagem: Os pesquisadores desenvolveram uma técnica de imagem de raios-X de alta resolução baseada em imagens fantasmas que podem capturar o movimento de objetos em movimento rápido. Eles o usaram para criar um filme de uma lâmina girando a 100.000 quadros por segundo. Imagem cortesia de Sharon Shwartz, Bar-Ilan University

Fonte:https://www.itnonline.com/content/researchers-capture-x-ray-images-unprecedented-speed-and-resolution