X射线显微断层摄影刷新纪录 有望在医学、材料学等领域“大显身手”

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日期:2021-09-29 15:17:30    来源:科技日报    

德国和瑞士科学家携手,用X射线显微技术在1秒中内拍摄了1000张断层图像,刷新了材料研究领域的世界纪录——此前他们1秒钟只能获得200张断层图像。最新研究有助于科学家对材料内部的快速变化和过程进行成像,有望在医学、材料学等领域“大显身手”。

计算机断层扫描技术能从各个侧面对身体的某部分进行X光透视,得出一幅三维图像,并据此创建出断层图像用于诊断。除了医学领域,该方法对于材料分析、无损质量检测或新型功能材料的开发也非常有用。如果能在更短的时间内获得三维图像,就可以更好地对样品中的快速变化和过程进行成像。

在本研究中,德国亥姆霍兹柏林(HZB)研究中心与瑞士保罗谢尔研究所(PSI)下属瑞士光源中心(SLS)的研究人员携手创造了这项新的世界纪录,且其他参数并不受影响:空间分辨率仍旧为几微米,却可以连续记录几分钟,这使他们可以记录材料或制造过程中更快发生的过程。

为获得X射线图像,他们将材料样本放置在自己开发的高速旋转台上,其角速度与相机的采集速度完全同步。来自HZB的加西亚·莫雷诺解释说,这个转盘使用了特别轻的部件,它可以稳定地达到500赫兹的转速。此外,PSI物理学家克里斯蒂安·施莱普茨使用了一种新的高速相机和特殊光学器件,大大提高了灵敏度。借助上述改进,研究人员可以每秒采集1000个三维数据集,并在几分钟内生成一个巨大的数据流。

随后,该团队用各种样品证明了最新断层扫描技术的威力,如火花燃烧过程中发生的极快变化、液态金属泡沫中气泡的生长和合并过程等。以铝合金为基础的金属泡沫可用于电动汽车制造领域,气泡的形态、大小等对其强度和硬度非常重要。

加西亚·莫雷诺说:“我们的新方法为材料快速加工过程中的无损研究打开了一扇门,有望让更多研究和工业界受益。”(记者 刘霞)

总编辑圈点:

相信大家对做CT并不陌生。在CT扫描时,如果需要你身体某一层的断层图像,就要用CT围着那一层转上一圈。一般来说,一次性会扫描很多层,然后进行图像重建。但如果想看到某种动态变化呢?这就需要对体内进行超高速摄影,让转瞬发生的细节,也能被尽收眼底。文中科研人员的方法,1秒内能得到更多图像,也就是说,对动态变化能有更精准的捕捉。这样一来,借助图像,我们对材料的性质能有更深刻认识,在医学和材料学等领域,有了更得力的工具。

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