Hochauflösende 3D-Röntgenbildgebung für präzise Objekterkennung

Die Erlangung dreidimensionaler struktureller Informationen im Inneren von Objekten auf nichtzerstörende Weise war herausfordernd. Der gängigste Ansatz ist die konventionelle Computertomographie (CT), bei der entweder das Objekt um eine Achse rotiert wird oder die Röntgenquelle und der Detektor um das Objekt rotieren. Anschließend wird die Objektstruktur mittels eines Berechnungsalgorithmus bestimmt. Dies beschränkt die Anwendung auf Fälle, in denen sich das Objekt und die innere Struktur während des für den Scan benötigten Zeitraums nicht verändern. Zudem wird die Auflösung durch die Eigenschaften der Röntgenquelle und des Detektors bestimmt.

Ein neuer 3D-Röntgenimager kombiniert zwei verschiedene Hardwarekomponenten. Die erste ist eine Röntgenoptik mit einer Schärfentiefe, die im Vergleich zum untersuchten Objekt klein ist. Reflektierende Wolter-Typ-Röntgenoptiken sind ein solches Design. Diese hohlen Optiken haben eine relativ große Sammelwirkungsgrad und können mit einem großen Sichtfeld entworfen werden. Die Schärfentiefe, also die Distanz, über der ein Merkmal entlang der Abbildungsrichtung aufgelöst werden kann, ist für diese Optiken relativ klein – typischerweise klein im Vergleich zum Sichtfeld. Diese Optiken wurden umfangreich in der Röntgenastronomie und in einigen Fällen für Röntgenmikroskopie eingesetzt.

Die kurze Schärfentiefe wird oft als Nachteil des Designs betrachtet; jedoch, wenn sie mit einem dreidimensionalen Röntgendetektor kombiniert wird, ist es möglich, die kurze Schärfentiefe zu nutzen, um zusätzliche Informationen über die 3D-Struktur eines Objekts zu erhalten. Eine einfache Version des 3D-Detektors verwendet Film. Die Röntgenstrahlen werden teilweise durch ein Stück Röntgenfilm übertragen und teilweise absorbiert. Dies ermöglicht die Aufzeichnung mehrerer Bilder entlang einer Sichtlinie gleichzeitig.

Diese Technologie überwindet die Beschränkung der Erlangung dreidimensionaler struktureller Informationen, indem sie mehrere Ansichten mit einer einzigen Belichtung ohne bewegliche Teile liefert. Sie basiert auf einem 3D-Detektor, der so einfach wie ein Stapel Filmplatten sein kann, und einer fokussierenden Röntgenoptik. Die Röntgenoptik ermöglicht das Sammeln von Röntgenstrahlen aus einem lokalisierten Volumen, genau wie eine gewöhnliche optische Linse, und der gestapelte Filmplatten-Stapel oder ein anderes 3D-Detektor-Design ermöglicht das Sammeln der Mehrfachebenen-Informationen von einer Sichtlinie. Das gleichzeitige Erhalten von Bildern aus einer einzigen Sichtlinie reduziert Bewegungsunschärfe und Rekonstruktionsartefakte durch Systembewegungen.