Microscopic X-ray phase imaging/ CT based on two-beam interference

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02628
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Momose Atsushi 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20322068)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: X線顕微鏡 / 回折格子 / 二光束干渉 / X線CT / デコンボリューション / 位相回復

Outline of Final Research Achievements

We introduced X-ray gratings into the laboratory X-ray microscope (Carl Zeiss Xradia 800 Ultra) equipped with a Fresnel zone plate. A phase-contrast mode, which extract phase signal from the sample-induced deformation of the self-image formed by the Talbot effect, was appended. By the phase measurement by the fringe-scanning method, a twin phase image that consists of two phase images of opposite sign and sheared by a certain distance is generated. To reconstruct a single phase image from the twin phase image, we developed newly a complex deconvolution method, resulting a phase shift image of a sample with 0.154-nm X-rays under the microscope optics. We also reexamined grating design (period, duty cycle, etc.) to reduce residual artifact, and obtained guidelines for improving image quality.

Free Research Field

X線光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来のX線画像は試料によるX線の吸収によってコントラストが形成されている。たがって、高分子材料や生体軟組織のX線画像には十分な感度が期待できない。この問題を克服する技術としてX線位相コントラストに基づく位相イメージング技術がある。
本研究は、X線透過格子を用いた位相イメージング技術を導入し、X線顕微鏡による高分解能撮影においても高感度化を実現することを目的とした。顕微鏡学観点でも、光学顕微鏡や電子顕微鏡で使われていない独自の光学系と画像処理手法を開発したことは特徴的である。また、社会的には高分解能で三次元観察を高感度で実現するシステムになるので、様々な研究・開発に有用な機器を提供することになる。