Izraelští vědci vyvinuli rentgenovou metodu 43krát rychlejší než dosavadní techniky

Tým vědců z izraelské Bar-Ilan University ve spolupráci s dalšími institucemi vyvinul novou techniku rentgenového zobrazování, která dokáže vytvořit podrobnou trojrozměrnou mapu chemického složení zkoumaného objektu výrazně rychleji než dosavadní metody. Podle výzkumníků je nový přístup 43krát rychlejší než konvenční rentgenové zobrazovací postupy a zároveň vyžaduje o více než 97 procent méně naměřených dat.

Rentgenové zobrazovací metody se běžně využívají ve vědeckém výzkumu i v průmyslu k odhalování vnitřní struktury materiálů, aniž by bylo nutné je fyzicky narušit. Umožňují nahlédnout dovnitř objektů – od biologických vzorků přes archeologické nálezy až po pokročilé materiály – a zjistit nejen jejich tvar, ale i chemické složení v jednotlivých bodech. Tradiční přístupy k tomuto typu zobrazování jsou ale časově i výpočetně náročné, protože vyžadují nasbírání velkého množství měření z různých úhlů a pozic, která se následně musí složitě zpracovávat do výsledného trojrozměrného obrazu.

Nová metoda vyvinutá izraelským týmem tento proces výrazně zefektivňuje. Díky schopnosti pracovat s podstatně menším objemem naměřených dat dokáže výzkumníkům ušetřit čas potřebný jak na samotné měření, tak na následnou analýzu. Snížení množství potřebných dat o více než 97 procent znamená, že vědci mohou dosáhnout srovnatelných, nebo dokonce lepších výsledků s mnohem menší zátěží na přístrojové vybavení i výpočetní kapacitu.

Rychlost a efektivita nové techniky mají podle autorů výzkumu potenciál změnit způsob, jakým se rentgenové zobrazování využívá v praxi. Zkrácení doby měření a zpracování dat může mít význam zejména tam, kde je čas kritickým faktorem – například při studiu vzorků, které se v průběhu měření mohou měnit nebo degradovat, nebo v situacích, kdy je přístup k velkým zobrazovacím zařízením, jako jsou synchrotronová zařízení, omezený a drahý.

Schopnost rychle a s menším množstvím dat zmapovat chemické složení objektu ve třech rozměrech otevírá možnosti uplatnění v celé řadě oborů. Výzkumníci zmiňují potenciál využití v materiálovém výzkumu, kde je přesné poznání vnitřního složení materiálů klíčové pro vývoj nových technologií, stejně jako v oblasti ochrany kulturního dědictví, kde umožňuje zkoumat vzácné artefakty bez nutnosti jejich poškození a s minimálním časem stráveným na měřicím zařízení.

Snížení nároků na objem dat má také praktický dopad na infrastrukturu potřebnou pro zpracování výsledků. Menší datové soubory znamenají nižší nároky na úložný prostor i výpočetní výkon, což může zpřístupnit pokročilé rentgenové zobrazování i pracovištím, která dosud neměla k dispozici prostředky na zpracování rozsáhlých datových sad generovaných konvenčními metodami.

Vědecký tým z Bar-Ilan University spolupracoval na vývoji techniky s dalšími institucemi, přičemž výsledky jejich práce naznačují, že kombinace matematických a výpočetních přístupů s rentgenovou spektroskopií může výrazně posunout hranice toho, co je v oblasti chemického zobrazování možné. Namísto shromažďování obrovského množství redundantních měření se nová metoda zaměřuje na efektivnější výběr a zpracování dat, díky čemuž dosahuje srovnatelné nebo vyšší kvality výsledného obrazu s mnohem menší vstupní zátěží.

Přestože se jedná o výsledek základního výzkumu, autoři věří, že technika má reálný potenciál pro širší praktické nasazení. Rychlejší a méně datově náročné zobrazování by mohlo usnadnit práci na synchrotronových zařízeních po celém světě, kde je čas měření drahým a omezeným zdrojem sdíleným mezi mnoha výzkumnými skupinami. Zefektivnění tohoto procesu by tak mohlo přinést užitek nejen samotným autorům studie, ale celé vědecké komunitě, která se spoléhá na rentgenové zobrazovací metody při studiu struktury a složení nejrůznějších materiálů a vzorků.

Podrobnosti o konkrétním matematickém a technickém řešení, které umožnilo dosáhnout popsaného zrychlení a úspory dat, výzkumníci prezentovali v rámci své práce, která dokládá funkčnost metody na reálných měřeních. Další vývoj a testování v různých vědeckých oblastech ukáže, do jaké míry se nová technika rozšíří mimo původní experimentální prostředí a stane se běžnou součástí vybavení pracovišť zabývajících se rentgenovým zobrazováním.