単一撮影で3種類のX線コントラスト画像を同時取得する新技術(UH Researchers Unveil X-Ray Breakthrough That Captures 3 Image-Contrast Types in a Single Shot)

2025-11-25 ヒューストン大学

ヒューストン大学の研究チームは、1回の撮影で複数種類のX線コントラスト画像を同時に取得できる新型イメージングシステムを開発した。従来、吸収コントラスト・位相コントラスト・散乱コントラストなどを得るには複数装置または複数回撮影が必要だったが、本研究の新設計は特殊なパターン構造を持つマスクと検出器配置を組み合わせることで、単一露光で多重情報を抽出することに成功した。これにより、がん検出など医療用途で重要な軟組織コントラストの向上、材料検査・セキュリティ検査といった非破壊評価の高精度化が期待される。設計は従来よりコンパクトで高効率なうえ、一般的なX線源とも互換性を持つため、将来的な臨床機器や産業用装置への導入が現実的とされる。研究者は、より少ない線量で高情報量の画像を得られることで、被ばく低減や診断精度向上に寄与するとしている。

単一撮影で3種類のX線コントラスト画像を同時取得する新技術(UH Researchers Unveil X-Ray Breakthrough That Captures 3 Image-Contrast Types in a Single Shot)
Retrieved images of a dried fish from single-mask dark-field configuration. Image “a” shows attenuation contrast, “b” shows a dark field image, and image “c” combines attenuation and dark-field signal.

<関連情報>

シングルショット、シングルマスクX線暗視野および位相コントラストイメージング Single-shot, single-mask X-ray dark-field, and phase-contrast imaging

Jingcheng Yuan and Mini Das
Optica  Published: December 3, 2025
DOI:https://doi.org/10.1364/OPTICA.578430

Abstract

X-ray phase-contrast imaging (XPCI) and dark-field (DF) imaging can potentially provide enhanced contrast beyond attenuation by detecting phase shifts and ultra-small-angle X-ray scattering (USAXS), but most implementations rely on multiple exposures, very high magnification geometry, precision motion, or ultra-high-resolution detectors. In this study, we present a single-mask, single-exposure framework that captures attenuation, differential phase contrast (DPC), and dark-field using mask–pixel alignment technique, which encodes sub-pixel beamlet shifts and broadening into pixel-scale intensity differences on moderate-pitch detectors. We present three configurations that utilize the same hardware: the established single-mask DPC arrangement and two new configurations, DF-only and combined DF–DPC. The desired configuration is selectable by a simple positional adjustment of the mask. We also developed a unified light-transport model that describes signal formation across each of the three configurations and enables accurate single-shot retrieval. Benefiting from the mask-pixel alignment technique and the physics model, our approach eliminates the need for ultra-fine detector resolution as well as mechanical stepping with multiple exposures, thus offering a fast, compact, low-cost, low-dose, and reconfigurable path to advanced multi-contrast X-ray imaging for clinical and industrial applications. These features would also make dark-field and differential phase computed tomography significantly more practical and clinically translatable.

2004放射線利用
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