相位對比X光影像技術,作為一種獨特的成像方法,正在迅速改變醫學診斷與材料科學的面貌。透過對X光相位變化的分析,此技術能夠揭示未來影像學的新領域。該技術的歷史悠久,從X光的首次發現到當前各種進階的應用,背後隱藏著一段令人驚訝的發展歷程。
相位對比X光影像能夠在傳統影像技術無法探測的情況下,揭示出亟需調查的細微結構。
1895年,威廉·康拉德·倫琴(Wilhelm Conrad Röntgen)首次發現X光,隨後便開啟了醫療成像的革命。他拍攝的第一張X光照片展示了他妻子的手,成為歷史上的開端,並且因其驚人的發現,倫琴於1901年獲得了首屆諾貝爾物理學獎。
雖然早期的X光技術主要依賴於對波強度的測量,並無法直接獲得相位信息,但隨著科技的進步,科學家們開始探索相位的潛力。1953年,弗立茨·澤尼克(Frits Zernike)因其在光學顯微鏡中的相位對比原理而獲得諾貝爾獎,這一原理的延伸使得X光的相位對比技術逐漸浮出水面。
到了1970年代,科學家們發現同步加速器產生的輻射比傳統的X光管更為強大,為相位對比影像的發展奠定了基礎。1965年,來自康奈爾大學的烏爾里希·邦瑟(Ulrich Bonse)和邁克爾·哈特(Michael Hart)首次提出將相位對比方法應用於X光物理學中。
透過相位對比影像,科學家們可以更加靈敏地探測生物樣品中的微小變化。
多年後,日本的阿津志·百瀬(Atsushi Momose)等人進一步改進了這項技術,讓其更適用於生物影像,並提升了視野和重建技術。這一系列的發展,逐漸形成了多種相位對比影像技術,包括晶體干涉法、傳播基礎影像、分析儀影像等方法。
在這些方法中,分析儀影像是1995年由俄羅斯的維克多·英戈(Viktor Ingal)和艾蓮娜·貝里亞耶夫斯卡亞(Elena Beliaevskaya)探索的。此技術使用布拉格晶體作為濾波器,精確地選擇能夠映射到檢測器的小部分X光波。
相位對比影像的成功激勵了多國的研究團隊,推動了醫療成像和材料分析的巨大進步。
面對晶體干涉法的限制,其他如邊緣照明和光柵基影像的新技術相繼出現。這些方法的發展,不僅增強了圖像的靈敏度,也為臨床應用打下了基礎。
最近幾年,關於光柵基影像的研究更是顯示出顯著的潛力,其中的相位莫爾效應(phase moiré effect)已經被發現,使得技術越趨簡單且靈活,避免了對複雜設備的依賴。
相位對比X光影像如同一扇窗,讓我們得以窺見隱藏在物體內部的秘密。在醫療界,這能幫助醫生更清楚地診斷疾病,尤其是對於低原子序數的材料,如人類組織,本技術能夠提供更清晰的影像。
雖然目前的技術已經取得了顯著的成果,利用相位對比成像技術,未來是否還會有更驚人的發現呢?