Neues Lichttransportmodell verbessert Röntgen-Phasenkontrastbildgebung

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

In einem Papier auf dem Cover von OptikMini Das, Moores-Professorin am College of Natural Sciences and Mathematics und am Cullen College of Engineering der UH, und Jingcheng Yuan, ein Physikstudent an der UH, stellen ein neuartiges Lichttransportmodell für ein Phasenbildgebungssystem mit einer Maske vor, das die zerstörungsfreie Tiefenbildgebung zur Sichtbarkeit von Materialien mit leichten Elementen verbessert, darunter Weichteile wie Krebs und Hintergrundgewebe wie Kunststoffe und Sprengstoffe.

„Ältere Röntgentechnologie beruht auf der Absorption von Röntgenstrahlen, um ein Bild zu erzeugen“, sagte Das. „Aber diese Methode hat Probleme mit Materialien ähnlicher Dichte, was zu geringem Kontrast und Schwierigkeiten bei der Unterscheidung zwischen verschiedenen Materialien führt, was in der medizinischen Bildgebung, der Sprengstofferkennung und anderen Bereichen eine Herausforderung darstellt.“

Die Röntgen-Phasenkontrastbildgebung (PCI) hat in den letzten Jahren beträchtliche Aufmerksamkeit erlangt, da sie durch die Nutzung relativer Phasenänderungen beim Durchdringen eines Objekts durch die Röntgenstrahlen einen verbesserten Kontrast für Weichteile bieten kann. Unter den vielen verfügbaren Techniken sticht die Einzelmasken-Differentialbildgebung durch ihre Einfachheit und Effektivität bei der praktischen Anwendung hervor und liefert im Vergleich zu anderen Methoden Bilder mit höherem Kontrast. Und dies geschieht auf eine viel einfachere und effizientere Weise mit Einzelbildgebung bei niedriger Dosis.

„Unser neues Lichttransportmodell ermöglicht das Verständnis der Kontrastbildung und wie sich mehrere Kontrastmerkmale in erfassten Daten vermischen“, sagte Das. „Dadurch können Bilder mit zwei unterschiedlichen Arten von Kontrastmechanismen aus einer einzigen Belichtung abgerufen werden, was einen erheblichen Fortschritt gegenüber herkömmlichen Methoden darstellt.“

Das Design verwendet eine Röntgenmaske mit periodischen Schlitzen, wodurch ein kompakter Aufbau entsteht, der den Kantenkontrast verbessert.

„Diese Maske richtet sich nach den Detektorpixeln aus, sodass wir differenzielle Phaseninformationen erfassen können, die Unterschiede zwischen Materialien deutlicher zeigen. Der Hauptvorteil besteht darin, dass der Aufbau vereinfacht wird und der Bedarf an hochauflösenden Detektoren oder komplexen Mehrschussprozessen sinkt“, fügte Das hinzu.

Das Team hat sein Modell bereits mithilfe strenger Simulationen und auf einem selbst entwickelten Röntgenbildgebungssystem für Labortische getestet. Das nächste Ziel, sagt sie, sei die Integration der Technologie in tragbare Systeme und die Nachrüstung bestehender Bildgebungseinrichtungen, um sie in realen Umgebungen wie Krankenhäusern, industriellen Röntgenbildgebungsanlagen und Flughäfen zu testen.

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

„Es macht die Phasenkontrastbildgebung zugänglicher und praktischer, was zu einer besseren Diagnostik und verbesserten Sicherheitskontrollen führt. Es ist eine vielseitige Lösung für eine breite Palette von Bildgebungsherausforderungen. Wir sind dabei, die Machbarkeit für eine Reihe von Anwendungen zu testen.“