新的X射线成像技术使用低得多的X射线剂量，这要归功于两个布拉格放大镜晶体和一个单光子计数探测器。
研究人员开发了一种X射线成像技术，可以以比以前低得多的X射线剂量产生生物体的详细图像。这一进展使得小型生物体或其他敏感样品能够在更长的时间内以高分辨率进行研究，这可能会揭示对各种动态过程的新见解。
该方法基于相差成像，它不仅依赖于样品中 X 射线的吸收，还依赖于 X 射线的波动特性。更准确地说，它是根据 X 射线穿过样品时发生的相变创建图像。
“以前，生物体的微米分辨率X射线相差成像只能持续几秒钟到几分钟，因为会发生严重的辐射损伤，”德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究员Rebecca Spiecker解释说。“我们通过克服目前高分辨率成像对剂量敏感应用的局限性，减少了必要的X射线剂量。”
在《光学》杂志上，研究人员描述了他们如何开发一种新的X射线成像系统，该系统使用专用的高效X射线光学器件和单光子计数探测器来提高微米分辨率全场成像的剂量效率。他们通过对从宿主卵中出现的微小寄生蜂进行成像超过30分钟，证明了新技术的好处。
“我们表明，与传统的高分辨率探测器相比，我们的方法表现出卓越的成像性能，”Spiecker说。“例如，这可能有助于在比目前更长的时间尺度上捕获小型模式生物的发育和行为的细节。
以更少的辐射获得更好的图像
X射线成像可以揭示生物体中隐藏的结构和过程。然而，它也会使生物体暴露在高剂量的有害辐射下，从而限制了在损害发生之前观察可以持续的时间。由于常用高分辨率探测器的检测效率随着分辨率的增加而降低，这意味着需要更高的 X 射线剂量才能获得高分辨率图像，这加剧了这种情况。
为了克服这一挑战，研究人员开发了一种相差成像方法，该方法直接放大X射线图像，而不是将X射线图像转换为可见光图像然后放大，这是典型的方法。这使他们能够使用高效的大面积探测器，同时保持微米级的空间分辨率。
在新的成像系统中，研究人员使用了像素尺寸为55微米的单光子计数成像探测器。使用晶体光学器件将 X 射线图像放大到样品后面。后者由两个完美的硅晶体组成，用于进行放大。
“为了在微米级分辨率下实现全场X射线成像的最高剂量效率，我们结合了X射线相差、布拉格放大镜和单光子计数探测器，所有这些都针对30 keV的最佳X射线能量进行了优化，”Spiecker说。“布拉格放大镜的概念可以追溯到 1970 年代后期，尽管已经注意到它们提高剂量效率的潜力，但直到现在才被探索。”
在证明他们的新系统可以达到90%以上的剂量效率，同时提供高达1.3微米的分辨率后，研究人员将其性能与使用相同样品，X射线通量和30 keV X射线能量的传统高分辨率探测器系统进行了比较。
“在这种能量下，我们表明，对于图像的相关高分辨率组件，我们系统的探测量子效率比传统系统高出两个数量级以上，”Spiecker说。“这导致了更好的图像，并允许样品中的X射线剂量大幅减少。
对微小昆虫进行成像
然后，研究人员使用该系统对活的寄生蜂进行了试点行为研究，这些寄生蜂广泛用于生物害虫防治。由于辐射暴露最小，在黄蜂最终出现之前，他们能够在宿主卵内捕捉小黄蜂的图像30分钟。
研究人员表示，该方法也可能用于生物医学应用，例如对活检样本进行温和的断层扫描检查。然而，使用布拉格放大镜需要单色、相干和准直的光束，这在 X 射线同步加速器设施中可用。他们还在继续改进系统，以实现更大的视场和更高的长期机械稳定性，从而实现更长的测量时间。
