X射线“鬼成像”或能减少辐射剂量

一种新的x光检查方法可能更便宜且无害。

照片来源:大卫·麦克/科学来源

单像素相机本身可以捕捉极其单调的图像:全黑、全白或中间有一些灰色阴影的正方形。毕竟，它能做的只是检测亮度。

然而，通过将单像素相机与图案化光源连接起来，一组来自中国的物理学家使用了一种叫做“鬼成像”的技术来产生详细的x光图像。这项红外线和可见光技术是20年前首次开发的。研究人员表示，未来版本的系统可能能够用便宜的相机拍摄清晰的x光图像——不需要镜头和多像素探测器。同时，与传统技术相比，它产生的致癌辐射较少。

“我们的系统很小，而且便宜得多。如果你需要把它带到野外，它甚至可以是便携式的。”中国科学院物理学家吴凌安说。她和她的同事在最近出版的《光学设计》杂志上报道了这一成就。

研究人员开发的上述系统仍然不能用于医学领域。然而，在2015年制作了第一批x光“鬼影”的丹尼尔·佩里西亚(Daniele Pelliccia)表示，与之前的尝试相比，科学家们已经成功地将x光剂量降低到了最初的100万倍左右。佩里西亚是仪器和数据工具公司的物理学家，该公司位于澳大利亚墨尔本附近，是一家光学初创公司。他使用了一种称为同步加速器的高密度X射线源，其大小和结构相当，但吴的团队使用了一种紧凑型桌面光源。与此同时，早期的x光“鬼影”是一张简单的金属切口图片，而中国团队制作了外壳的轮廓和蚀刻在金属板上的首字母。佩里西亚说，他们让“图像看起来像图像”如果它适合医学成像，潜在的回报是巨大的。"

英国格拉斯哥大学的物理学家迈尔斯·帕吉特说，“幽灵成像”的关键是用通过已知模式滤光器的光来照亮物体。在物体的另一面，一个单像素相机拍摄照片——只不过是灰色方块。为了获得最终的图像，你需要这样做上千次，并在每次曝光后更换一个过滤器模型。吴的团队使用了一张对x光部分透明的砂纸，并在每次曝光后旋转它以产生不同的图案。

计算机产生了最终的图像。由于计算机知道每次曝光所用的滤波模型，所以它可以计算出由照相机捕获的灰度像素序列差的图像。理论上，其结果是一个与今天任何图像效果相同的x光图像，但整个过程不需要高分辨率相机或传统成像中使用的高密度x光。

麻省理工学院的物理学家杰弗里·夏皮罗说，研究人员已经展示了一个简单的“幽灵成像”系统，该系统依赖于可见光和红外光的可编程滤光器。当光源将滤光器模型传输到物体和单像素检测器时，计算机记录该模型并重置它。

利用红外系统，帕吉特的团队证实，它可以“鬼像”甲烷气体泄漏。该团队的行业合作伙伴，位于格拉斯哥的M平方激光公司，正致力于将该系统商业化，并希望将其出售给石油和天然气行业，作为一种检测泄漏管道的更便宜的方法。

吴说，开发用于x光的可编程滤光器是一个更大的挑战，因为x光很容易穿过大多数材料。由于他们的团队使用未编程的砂纸，他们不得不使用高分辨率的相机来测量模型。帕吉特说，但是你可以想象一个商业x射线系统。在这个系统中，生产商提前“记录”所有砂纸模型。随后，只有制造商需要高分辨率相机，而单个用户只能购买单像素相机，并按指定顺序使用砂纸过滤器。

吴说，为了使“鬼成像”在医学领域可用，研究人员必须确认成像所需的总x光剂量低于常规系统。“鬼影”需要数千次曝光，而x光积累了很多。此外，成像对象(如人体)越精细，需要的曝光就越多。不过，吴还表示，每次曝光的x光强度可以降低到足够低的水平，这样“鬼像”技术可能会脱颖而出。

夏皮罗认为这样做非常重要。“如果你能减少女性在乳房或胸部检查中受到的x光照射，那么这将是一件大事。”然而，成像质量仍然需要提高。“这一定是个好形象。”夏皮罗说。(宗华编译)

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