X-ray phase contrast imaging of metallized and non-metallized biological samples

Imaging of biological samples has been performed with a variety of techniques for example electromagnetic waves, electrons, neutrons, ultrasound and X-rays. Also conventional X-ray imaging represents the basis of medical diagnostic imaging, it remains of limited use in this application because it is based solely on the differential absorption of X-rays by tissues. Coherent and bright photon beams, such as those produced by third-generation synchrotron X-ray sources, provide further information on subtle X-ray phase changes at matter interfaces. This complements conventional X-ray absorption by edge enhancement phenomena. Thus, phase contrast imaging has the potential to improve the detection of structures on images by detecting those structures that are invisible with X-ray absorption imaging. Images of a weakly absorbing nylon fibre were recorded in in-line holography geometry using a high resolution low-noise CCD camera at the ESRF in Grenoble. The method was also applied to improve image contrast for images of biological tissues. This paper presents phase contrast microradiographs of vascular tree casts and images of a housefly. These reveal very fine structures, that remain invisible with conventional absorption contrast only.

ZusammenfassungDie Bildgebung biologischer Proben ist mit einer Vielzahl von Techniken, z.B. elektromagnetischen Wellen, Elektronen, Neutronen, Ultraschall und Röntgenstrahlen durchgeführt worden. Herkömmliche Röntgenstrahlbilder können, obwohl sie die Grundlage der medizinischen Diagnosestellung sind, nur begrenzt verwendet werden, da sie nur auf der differentialen Absorption der Röntgenstrahlen durch das Gewebe basieren. Kohärente und starke Röntgenstrahlquellen wie jene, die von Synchrotronen der 3. Generation produziert werden, liefern weitergehende Informationen über subtile Phasenabweichungen an den Materialübergängen, welche die konventionelle Strahlenabsorption durch das Randverstärkungsphänomen ergänzen. Auf diese Weise können die Phasenkontrastbilder diejenigen Strukturen besser erfassen, die bei den herkömmlichen Strahlenbildern unsichtbar sind. Bilder einer schwach absorbierenden Nylonfaser wurden in der Inline-Holographiegeometrie mit einer hoch auflösenden, rauscharmen CCD-Kamera am ESRF in Grenoble aufgenommen. Die Methode wurde auch angewendet um den Kontrast bei Bildern von biologischem Gewebe zu verbessern. Dargestellt werden Phasenkontrastmikroradiographien von Gefäßbaumformen sowie einer Hausfliege, die sehr feine Strukturen aufdecken, welche allein mit herkömmlichem Absorptionskontrast nicht sichtbar sind.