研究人員開發了一種新的無焦點技術，其可用來通過X射線熒光創建化學地圖。該方法提供了快速、高分辨率的測量，這對於分析化學成分在生物醫學、材料科學、考古學、藝術和工業中的一系列應用可能非常有用。

“我們的新方法結合了眾所周知的計算鬼成像和X射線熒光測量技術，進而創造一種高分辨率和高效的方式來製作化學元素圖，”來自以色列Bar Ilan大學的研究小組負責人Sharon Shwartz說道，“我們預計它將允許以比現在更高的分辨率繪製更大的物體的化學圖譜，同時還能對複雜的三維物體進行測量。”

Shwartz及其同事在最新發表的研究文章中描述了他們新的X射線計算鬼熒光技術。該方法不需要任何聚焦並減少了所需的掃描，這大大縮短了測量時間。另外，它可以被調諧以檢測特定的元素，同時對人體組織視而不見，這可以實現新的應用如改善隱私的全身安全掃描器。

Shwartz指出：“醫學成像是在鏡頭不實用的X射線能量下進行的，也可以從我們的方法中受益。它可以通過提高組織對比度來提高醫學X射線成像的質量，或用於減少獲得有用圖像所需的X射線劑量。”

看到表面下的東西

X射線熒光是通過測量樣品被X射線源激發後發出的熒光來確定樣品中的化學元素。用這種無損分析技術獲得的數據可用於創建化學圖譜，比如這些圖譜可以揭示名畫中的隱藏層次或被用於檢查關鍵的航空航天部件。

用X射線熒光繪製化學元素圖傳統上包括聚焦輸入的X射線束，然後測量從該區域發射的熒光。通過逐點掃描樣品並記錄每個點的熒光強度來構建化學地圖。然而由於需要掃描，這種方法非常慢。而且，測量的空間分辨率還會受到用於聚焦的鏡頭能力的限制。

Shwartz說道：“當使用高於20KeV的X射線能量或試圖獲得三維信息時，這些限制變得更加突出。儘管更高的X射線能量可以實現對更厚的物體或含有密集和重元素的樣品進行化學製圖，但由於標準技術的限制，不可能使用這些更高的光子能量。”

去除透鏡

研究人員轉向計算型鬼成像以消除傳統X射線熒光分析的一些限制。這種非傳統的成像方法通過關聯兩束光來工作，這兩束光並不單獨攜帶關於物體的任何有意義的信息。一個光束編碼一個隨機圖案作為參考，且從不直接探測樣品，而另一個光束則負責跟樣品發生互動。

研究人員修改了鬼成像方法以便它可以被用於繪製化學元素。儘管鬼成像方法通常涉及測量透射輻射，但研究人員測量的是發射的熒光。

Shwartz表示：“測量X射線熒光使我們能夠根據其獨特的發射光譜來識別每個化學元素。通過使用一個能夠分辨出發射輻射能量的探測器，我們可以確定每個元素對檢測到的輻射的貢獻。”

鬼成像所需的隨機圖案通常是通過在用於照射物體的光束強度上增加一個已知的空間調製或變化來創建。研究人員通過對不同的輸入光束強度模式重複進行熒光測量來實現這一點。

將其放在一起

新X射線計算幽靈熒光方法為每個光子能量產生兩套數據–一套是輸入光束的空間分佈，另一套是發射的熒光測量值。然後，一個計算機程序將這些數據放在一起並疊加來自各種光子能量的所有成像數據以創建一個物體的化學元素圖。

研究人員使用他們的新方法創建了一個由鐵和鈷製成的物體的化學元素圖。他們表明，跟標準的基於掃描的技術相比，使用壓縮感應算法將掃描次數減少了近10倍。

Shwartz說道：“由於我們的設置非常簡單且可以提供比今天的方法更好的性能，我們期望它將在許多學科中打開新的可能性，包括生物學、化學、藝術和考古學。而且，將我們的方法直接擴展到更高的光子能量，這是目前的方法無法達到的。”

下一步，他們計劃將新方法應用於三維化學製圖並證明該方法對醫學成像的適用性。