1895 年，伦琴发觉 X 射线，随后不久，彷佛全天下都同意它可以用于诊断常见疾病。随着 X 射线成像的质量不停提拔，X 光片已被用作医学诊断的紧张依据，并被遍及用于药物查抄以及质料科学中的样天职析。

近来，杜克大学的工程师们发明白一种新型混淆 X 射线扫描仪，用于产业和生物医学标本的快速、正确的无损成像，不但可以表现物体的形状，还可以表现其分子构成。该技能具有亘古未有的辨别率和正确性，1 平方毫米的空间辨别率和 >95% 的光谱精度，可以在约莫 30 分钟内完备扫描出 15×15 平方厘米的视野。

研究结果于 5 月 19 日以《X-ray fan beam coded aperture transmission and diffraction imaging for fast material analysis》为题颁发在杂志《科学陈诉》（Scientific Reports）上。

现有的 X 光机多数采纳 X 射线透射成像技能，使用了差别质料汲取 X 射线的水平差别这一征象。与透射相比，X 射线衍射 (XRD) 直接丈量与质料分子布局相互作用的 X 射线的能量漫衍和角度，可以或许以更高的精度辨认特定质料。然而，XRD 成像要领因其丈量时间长和空间辨别率差而在应用中受到限定。

杜克大学团队提出了一种 X 射线扇形编码孔径透射和衍射成像体系，增添了 XRD 成像的吞吐量（即淘汰了扫描时间），并同时连结公道的高空间辨别率。该体系重要利用现成的组件举行设计和构建，占用空间紧凑、具有移动性，实用于产业、试验室和临床应用。

在这项事情中开辟的 X 射线扇形编码孔径成像扫描仪

投射成像和衍射成像相联合

这项研究的一大亮点是，证明白 X 射线透射数据与 X 射线衍射数据的联合提供了孕育发生高光谱 X 射线图像的本领，这些图像可以用于在整个样品空间上的准确表征辨认和身分质料阐发。该技能是一种混淆 X 射线体系，前者涉及丈量直接穿过物体的 X 射线，后者涉及从物体散射的 X 射线中网络偏转角和波长信息，提供了质料原子布局独占的「指纹」。

该体系的另一个长处是可以或许快速猎取配合配准的 X 射线透射图像和衍射图像。该团队利用了编码孔径成像技能，许可 X 射线以很多差别的角度穿过孔径，使研究职员可以或许在较短的时间内网络充足多的偏转 X 射线用来辨认质料。秘诀在于知道用于拦截 X 射线简直切模式，然后盘算机可以利用这些信息来处置惩罚庞大的信号。

由 PLA 塑料和水构成的 D 模子由 X 射线扇形编码孔径成像体系扫描得到的图像

从航空宁静到肿瘤手术再到药物、矿石阐发

实在，杜克大学这套混淆 X 射线体系两年前已有雏形，最初的构想是为了保障机场宁静，因为不但可以或许检测物体的 3D 形状，还能检测其分子构成，它可以作为安检办法检测行李中是否有大概的炸弹身分。如今，他们用相似的技能为生物医疗革新了这套体系。

杜克医学物理学的放射学副传授 Anuj Kapadia 表现：「宁静扫描体系与肿瘤学试验室的目的差别。宁静体系必要在几秒钟内穿透数十厘米的随机物体，而我们的目的是得到一个界说明白的小型样本的高辨别率图像，不太受时间的限定。」

「无论你是想发觉包裹里的炸弹，照旧身材里的肿瘤，物理上或多或少是雷同的。但从工程的角度来看，对两者的要求黑白常差别的。我们构建了这种样本更小、辨别率更高的设置装备摆设，以证明我们的要领可用于很多差别的应用。」杜克大学电气和盘算机工程副传授 Joel Greenberg 增补道。

新型扫描仪办理的最大挑衅是对潜伏的癌构造举行正确诊断。研究职员与杜克康健的同事互助，在将切除的构造肿块送往病理学家举行临床查抄之前对其举行了扫描。扫描仪不但正确地立室了临床诊断，还可靠地域分了癌构造内部和四周的构造亚型。

Kapadia 说：「我们的终极目的是在每个手术室安置一台如许的扫描仪，以便外科大夫在癌症切除后可以马上得到诊断，查抄边沿是否仍存在癌细胞。」杜克生物资源库和周密病理学中间主任 Shannon McCall 指出，新仪器可以淘汰分外的外科手术。

新的 X 射线扫描仪可以检测肿块切除术中的癌构造

研究职员还评释，该扫描仪可以提供对药物的及时阐发。这不但可以关心制造商确保他们的产物可靠，还可以让大众卫生构造用于确保人们不会出售或过量服用受污染的药物。

新的 X 射线扫描仪可以提供对药物的及时阐发

究竟证明，扫描仪还可以或许快速阐发业余收藏家 Greenberg 9 岁的女儿 Madely 借给研究职员的岩石。这种阐发对付研究化石的考古学家或矿工决定在他们的提取办法中利用哪种矿石很有效。

新的 X 射线扫描仪可以提供有关岩石内部组成的细致信息

精良的商用远景

瞻望将来，这台 X 射线扫描仪有很好的贸易远景。Greenberg 和 Kapadia 与他们的同事 Michael Gehm（杜克大学）和 Amit Ashok（亚利桑那大学）配合建立了 Quadridox Inc.，该公司正在追求将这项技能转化为大概针对更大的岩石、更快的药物扫描或生物样天职析举行优化的产物。

Greenberg 说：「我们构建了这台扫描仪，以表现它可以完成的全部差别范例的事变。但实用于差别应用的商用呆板大概有本身的工程改变，比方丈量的方法、传感器的选择或架构。」

「假如你要设计一台投影仪，你必要知道它是在暗中的剧院里利用照旧在露天的广场上利用。规格将完全差别，」 Kapadia 增补道。「与此雷同，我们的目的是找到很多此类扫描大概有效的应用，然后设计种种扫描仪以餍足特定的需求。」