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          X射線顯微斷層攝影刷新紀錄 有望在醫學、材料學等領域“大顯身手”

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          日期:2021-09-29 15:17:30    來源:科技日報    

          德國和瑞士科學家攜手,用X射線顯微技術在1秒中內拍攝了1000張斷層圖像,刷新了材料研究領域的世界紀錄——此前他們1秒鐘只能獲得200張斷層圖像。最新研究有助于科學家對材料內部的快速變化和過程進行成像,有望在醫學、材料學等領域“大顯身手”。

          計算機斷層掃描技術能從各個側面對身體的某部分進行X光透視,得出一幅三維圖像,并據此創建出斷層圖像用于診斷。除了醫學領域,該方法對于材料分析、無損質量檢測或新型功能材料的開發也非常有用。如果能在更短的時間內獲得三維圖像,就可以更好地對樣品中的快速變化和過程進行成像。

          在本研究中,德國亥姆霍茲柏林(HZB)研究中心與瑞士保羅謝爾研究所(PSI)下屬瑞士光源中心(SLS)的研究人員攜手創造了這項新的世界紀錄,且其他參數并不受影響:空間分辨率仍舊為幾微米,卻可以連續記錄幾分鐘,這使他們可以記錄材料或制造過程中更快發生的過程。

          為獲得X射線圖像,他們將材料樣本放置在自己開發的高速旋轉臺上,其角速度與相機的采集速度完全同步。來自HZB的加西亞·莫雷諾解釋說,這個轉盤使用了特別輕的部件,它可以穩定地達到500赫茲的轉速。此外,PSI物理學家克里斯蒂安·施萊普茨使用了一種新的高速相機和特殊光學器件,大大提高了靈敏度。借助上述改進,研究人員可以每秒采集1000個三維數據集,并在幾分鐘內生成一個巨大的數據流。

          隨后,該團隊用各種樣品證明了最新斷層掃描技術的威力,如火花燃燒過程中發生的極快變化、液態金屬泡沫中氣泡的生長和合并過程等。以鋁合金為基礎的金屬泡沫可用于電動汽車制造領域,氣泡的形態、大小等對其強度和硬度非常重要。

          加西亞·莫雷諾說:“我們的新方法為材料快速加工過程中的無損研究打開了一扇門,有望讓更多研究和工業界受益。”(記者 劉霞)

          總編輯圈點:

          相信大家對做CT并不陌生。在CT掃描時,如果需要你身體某一層的斷層圖像,就要用CT圍著那一層轉上一圈。一般來說,一次性會掃描很多層,然后進行圖像重建。但如果想看到某種動態變化呢?這就需要對體內進行超高速攝影,讓轉瞬發生的細節,也能被盡收眼底。文中科研人員的方法,1秒內能得到更多圖像,也就是說,對動態變化能有更精準的捕捉。這樣一來,借助圖像,我們對材料的性質能有更深刻認識,在醫學和材料學等領域,有了更得力的工具。

          關鍵詞: X射線 顯微斷層攝影 斷層圖像 材料研究領域

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