小型活体标本的温和X射线成像

卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员和德国各地的合作伙伴开发了一种新的X射线成像系统，该系统既适合活体标本，也适合敏感材料。该系统以最小的辐射剂量记录微米级分辨率的图像。在一项初步研究中，研究人员在活的寄生蜂上测试了他们的方法，并观察了它们30多分钟。

　　

X射线成像使活细胞和生物体中隐藏的结构和过程可视化。然而，由高能量电磁波组成的辐射具有电离效应，可能会破坏遗传物质。这限制了可能的观察期。虽然传统的软组织x射线图像对比度较低，但相衬法在降低辐射剂量下产生更好的图像对比度。然而，随着分辨率的提高，温和成像变得越来越困难，因为需要更高的剂量。此外，通常使用的高分辨率探测器的效率降低，从而进一步增加了辐射暴露。到目前为止，活体生物标本的高分辨率X射线相衬成像只能在辐射造成严重损害之前的几秒钟到几分钟内完成。

来自KIT同步辐射应用实验室(LAS)、光子科学和同步辐射研究所以及物理研究所的研究人员现在已经开发出一种更有效地利用辐射并产生微米分辨率图像的方法。该方法既适用于活体标本，也适用于敏感材料，为生物学、生物医学和材料科学开辟了新的机遇。新系统结合了X射线相位对比、所谓的布拉格放大镜和光子计数探测器。

直接放大X射线图像

“我们不是把X射线图像转换成可见光图像，然后再放大，而是直接放大，”洛杉矶大学的博士研究员Rebecca Spiecker说。“由于这种方法，我们可以使用高效的大面积探测器。”研究人员使用了一个像素尺寸为55微米的光子计数探测器。以前，样品的X射线图像是用所谓的布拉格放大镜放大的，结果是样品本身的分辨率达到约1微米。布拉格放大器由两个完美的硅晶体组成，其放大效应是由硅晶格中的不对称衍射引起的。布拉格放大镜的另一大优点是非常好的光学图像传输。它允许几乎无损地再现所有空间频率，直至分辨率极限。

观察寄生蜂30分钟

由于将基于传播的X射线相衬与布拉格放大器和光子计数探测器相结合，所有这些都被优化为30千电子伏特(keV)的X射线能量，该方法达到了X射线相衬的最大剂量效率。这使得以微米级分辨率观察小型生物体的时间更长。研究人员与来自德国各地的科学家一起，在对最小寄生蜂的初步研究中展示了这种方法。在30多分钟的时间里，他们观察了宿主卵中的蜂，以及它们是如何从卵中出来的。Spiecker说:“该方法也适用于生物医学应用，例如对活检样本进行温和的三维组织学调查。”研究人员现在计划进一步改进设置，扩大视野，并增加更长时间测量的机械稳定性。

Dose-efficient in vivo X-ray phase contrast imaging at micrometer resolution by Bragg magnifiers