由光学学会制作
研究人员将计算重影成像和x射线荧光测量以一种高分辨率和高效的方式结合起来，制作出化学元素图
这种新方法可用于生物医学、材料科学、考古学、艺术和工业的广泛应用
学分:沙龙·施瓦茨，巴尔伊兰大学 研究人员开发了一种新的无焦点技术，利用x光荧光创建化学图谱
该方法提供了快速、高分辨率的测量，可用于生物医学、材料科学、考古学、艺术和工业领域的化学成分分析
“我们的新方法结合了众所周知的计算鬼影成像和X射线荧光测量技术，创造了一种高分辨率和高效的方法来制作化学元素图，”来自以色列巴尔伊兰大学的研究小组负责人莎伦·施瓦茨说
“我们预计，它将允许以比目前更高的分辨率对更大的物体进行化学测绘，同时还能够测量复杂的3D物体
" 在Optica出版集团的杂志《Optica》中，Shwartz和他的同事描述了他们新的X射线计算鬼荧光技术
这种方法不需要任何聚焦，减少了所需的扫描，从而大大缩短了测量时间
此外，它可以在对人体组织视而不见的情况下检测特定元素，这一事实可能会带来新的应用，如提高隐私的全身安全扫描仪
“在x光能量下进行的医学成像，在透镜不实用的地方，也可以从我们的方法中受益，”什瓦尔茨说
“它可以通过提高组织对比度或减少获取有用图像所需的x光剂量来提高医用x光成像的质量
" 从表面下看 X射线荧光用于通过测量样品被X射线源激发后发出的荧光来确定样品中的化学元素
用这种非破坏性分析技术获得的数据可以用来制作化学图，例如，这些化学图揭示了名画中的隐藏层，并用于检查关键的航空部件
用X射线荧光绘制化学元素图传统上包括聚焦输入的X射线束，然后测量从该区域发出的荧光
通过逐点扫描样品并记录每个点的荧光强度来构建化学图谱
然而，由于需要扫描，这种方法很慢
此外，测量的空间分辨率受到用于聚焦的透镜能力的限制
Shwartz说:“当使用高于20 keV的X射线能量或试图获取3D信息时，这些局限性变得更加突出。”
“虽然更高的X射线能量可以对更厚的物体或含有密集和重元素的样本进行化学测绘，但由于标准技术的限制，不可能使用这些更高的光子能量
" 消除镜片 研究人员转向计算鬼成像，以消除传统x光荧光分析的一些限制
这种非传统的成像方法是通过关联两个光束来工作的，这两个光束不单独携带关于物体的任何有意义的信息
一束光束编码一个随机图案，该图案用作参考，当另一束光束与样品相互作用时，不会直接探测样品
研究人员修改了鬼成像方法，以便它可以用于绘制化学元素
虽然鬼成像方法通常包括测量透射辐射，但研究人员测量发射的荧光
Shwartz说:“测量X射线荧光使我们能够根据其独特的发射光谱来识别每种化学元素。”
“通过使用能够解析发射辐射能量的探测器，我们可以确定每种元素对探测到的辐射的贡献
" 重影成像所需的随机图案通常通过向用于照射物体的光束强度添加已知的空间调制或变化来创建
研究人员通过对不同的输入光束强度模式重复荧光测量来实现这一点
把它们放在一起 新的x光计算鬼荧光方法为每个光子能量产生两组数据——一组是输入光束的空间分布，另一组是发射的荧光测量值
然后，一个计算机程序将这些数据放在一起，并覆盖来自不同光子能量的所有成像数据，以创建物体的化学元素图
研究人员使用他们的新方法创建了一个由铁和钴制成的物体的化学元素图
他们表明，与标准的基于扫描的技术相比，使用压缩感知算法将扫描次数减少了近10倍
Shwartz说:“由于我们的设置简单，并且可以提供比今天的方法更好的性能，我们预计它将在许多学科中打开新的可能性，包括生物学、化学、艺术和考古学。”
“此外，将我们的方法扩展到更高的光子能量是很简单的，这是目前的方法无法达到的
" 接下来，他们计划将新方法应用于三维化学绘图，并展示该方法在医学成像中的适用性
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