基于菲涅耳波带片的全视场X射线荧光成像

       传统的利用X射线荧光光谱分析用于物质成分分析和元素含量确定的唯一方法是聚焦x射线并扫描整个样品，不仅耗时长而且成本高昂。近期，哥廷根大学的一个研究团队研发了一种新的用于生成彩色 X 射线图像的方法——无需聚焦和扫描，可通过单次曝光生成全场图像。该成果以“Full-field x-ray fluorescence imaging using a Fresnel zone plate coded aperture”为题发表在 Optica上（DOI: 10.1364/OPTICA.477809）。

图 x射线荧光成像技术的艺术表现形式。由于 X 射线激发，样品中的荧光原子（左）发出两种颜色——绿色和品红色。圆形灰色物体表示在检测器上投射阴影的光学元件。之后，该算法会生成具有两种颜色的实际图像——其强度代表样品中荧光原子的密度。

       与可见光相比，对于X 射线、中子射线或者伽马射线这种“不可见”辐射，没有合适的应用透镜。但是这种类型的辐射是必不可少的，比如核医学、放射学、工业测试以及材料分析等领域。X射线荧光光谱分析在字画成分分析、真实性检测等文物保护研究工作，植物土壤养分分析等环境保护工作拥有广阔的应用前景。甚至半导体元件和计算机芯片的质量、纯度也可以利用X射线荧光分析来检查。

       在该研究中，研究人员使用了慕尼黑 PNSensor 公司开发的X 射线彩色相机和一种新型成像系统。该系统由荧光发射样品和光子能量分辨检测器以及中间的特殊结构镀金板组成。测器中测量的强度模式可以提供样品中荧光原子分布的信息，然后使用计算机算法对其进行解码。这意味着镀金板可以离样品或者检测很近，与X 射线透镜相比非常实用。

       论文第一作者、芝加哥大学 X 射线物理研究所博士后研究员Jakob Soltau 博士解释称，他们开发的新型计算机算法，可以同时为不同波长的 X 射线快速、稳定地创建清晰的图像。文章的共同作者、同一研究所的博士生 Paul Meyer 补充道，普通的光学镜片根本无法与他们的光学系统相提并论，这是由瑞士的XRNanotech公司专门设计的，由哥廷根大学的博士毕业生Florian Döhring创立。

       研究团队负责人Tim Salditt 教授总结道，我们计划将该技术扩展到生物样本的三维立体成像，比如核医学中 X 射线、中子或伽马辐射的非弹性散射都是非常值得探索的。