Сравнивая х

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6996 (2023) Цитировать эту статью

657 Доступов

Подробности о метриках

Фазово-контрастная компьютерная томография позволяет визуализировать образцы мягких тканей с высокой контрастностью. В случае когерентных источников методы построения изображений на основе распространения (PBI) являются одними из наиболее распространенных, поскольку их легко реализовать и они позволяют создавать изображения с высоким разрешением. Их недостатком является низкая степень количественной информации из-за упрощения предположений о свойствах образца при реконструкции. Этих предположений можно избежать, используя в качестве альтернативы методы количественного фазового контраста. Однако они часто ухудшают пространственное разрешение и требуют сложных настроек. Чтобы преодолеть это ограничение, мы спроектировали и построили новую установку для визуализации, используя 2D-осветитель массива Talbot в качестве маркера волнового фронта и методы фазового восстановления изображений на основе спеклов. Мы разработали цепочку постобработки, которая может компенсировать дрейф маркеров волнового фронта и повышает общую чувствительность. Сравнивая два измерения биомедицинских образцов, мы демонстрируем, что пространственное разрешение нашей установки сравнимо с разрешением сканирований PBI, но при этом мы можем успешно отображать образец, который нарушает типичное предположение об однородности, используемое в PBI.

За прошедшие годы были разработаны различные методы визуализации, позволяющие проводить эксперименты по синхротронной визуализации для визуализации фазосдвигающих свойств объекта на микроскопическом уровне. Преимущества таких методов включают значительно улучшенный контраст мягких тканей1. К настоящему времени реализации фазово-контрастной микрокомпьютерной томографии (КТ) включают методы визуализации на основе распространения (PBI)2, фазово-контрастную визуализацию на основе решеток (GBI)3, краевое освещение4, маски Хартмана-Шака5 и, в качестве самого последнего дополнения, , методы визуализации на основе спеклов (SBI)6,7 и другие. Хотя все эти методы основаны на фазосдвигающих свойствах образца, они сильно различаются с точки зрения экспериментальных требований и реализации, а также алгоритмов постобработки.

Методы PBI сравнительно просты для реализации в существующей установке. Фазовый сдвиг можно восстановить на основе одного измерения, при условии, что можно применить упрощающие допущения относительно образца, например, допущения об одном материале или пренебрежимо малом затухании8. Однако, если эти предположения неприменимы, восстановление фазы становится более сложным. Это может повлиять на совместимость с другими методами исследования. Традиционные гистологические исследования используют окрашивание для выявления функциональных структур. Эти пятна связываются только с определенными структурами, а не просто агрегируются в образце. Этот подход был также применен к рентгеновской визуализации, сохранив при этом совместимость с визуальной световой микроскопией9,10. Поскольку эти пятна изменяют поглощающие свойства образца, они могут мешать общепринятым предположениям PBI о фазовом восстановлении. Для восстановления фазы PBI на одном расстоянии образец часто считается либо прозрачным, либо изготовленным из одного материала. При добавлении красителей с высокой впитываемостью эти предположения больше не могут быть успешно применены. Напротив, методы дифференциального фазового контраста с модуляцией луча, такие как, например, SBI, могут получить фазовый сигнал без каких-либо предположений об образце. Их недостатки обычно заключаются в сложности установки или влиянии на пространственное разрешение оптических элементов.

В последние годы были разработаны новые алгоритмы отслеживания спеклов, благодаря которым SBI стал общим термином для методов фазового контраста, использующих модулятор случайного волнового фронта. В то время как неявные методы отслеживания11,12 больше связаны с PBI, явные методы13,14, такие как унифицированный анализ модулированных структур (UMPA), основаны на корреляционном анализе или функциях стоимости для извлечения сигналов изображения и являются частью методов дифференциального фазового контраста. Заменив случайный спекл-паттерн периодической структурой, например, фазовой решеткой двухмерного матричного осветителя Тальбота (TAI), можно улучшить видимость маркера волнового фронта, что обеспечивает более эффективное сканирование15.