19世纪末，德国物理学家威廉·伦琴在研究阴极射线管时意外发现了X射线，这一突破性成果彻底改变了科学与医学的发展方向。直到今天，X射线成像的基本原理仍被广泛应用。然而，美国桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）的一支科研团队认为，他们找到了更好的方法——利用不同金属及其发射的光谱“颜色”，创造出新一代X射线成像技术。
“我们称之为‘多金属靶彩色高光谱X射线成像’（Colorized Hyperspectral X-ray Imaging with Multi-Metal Targets，简称CHXI MMT）。”项目负责人、光学工程师爱德华·希门尼斯（Edward Jimenez）介绍道。他与材料科学家诺艾尔·柯林斯（Noelle Collins）及电子工程师考特尼·索维内克（Courtney Sovinec）正共同致力于打造“未来的X射线”。
“这项新技术的意义，就像从过去的黑白世界迈向了一个充满色彩的新世界——我们能够更准确地识别材料与缺陷。”柯林斯补充说。
团队发现，通过使用钨、钼、金、钐、银等多种金属的微小图案样品，可以实现这一突破。
X射线成像的基本原理
传统X射线是通过高能电子轰击单一金属靶（即阳极）产生的。这些X射线随后被汇聚成光束并照射到被检测物上。密度较大的组织（如骨骼）会吸收更多X射线，而密度较低的组织（如肌肉和器官）则让更多X射线穿透。探测器根据不同吸收情况记录图像。
尽管X射线技术不断发展，其核心机制始终未变——这也限制了图像的分辨率与清晰度。
一种全新的X射线图像
桑迪亚团队的目标是突破这种限制，他们选择从减小“焦点尺寸”入手。焦点越小，图像越清晰。
他们设计了一种带有金属微点图案的阳极，使微点集合区域比光束更小，从而有效减小焦点。
但团队并未止步于此。“我们为每个微点选择了不同的金属，”索维内克解释说，“每种金属都会发射不同‘颜色’的X射线。当我们结合能量分辨型探测器时，就能统计每一个光子的数量与能量，从而分析样品的密度与成分。”
最终获得的图像是彩色化的X射线图像——拥有前所未有的清晰度与材料识别能力。
“我们能得到更精准的形状与轮廓呈现，这将帮助我们实现前所未有的测量与观察。”柯林斯表示。
广泛的应用前景
这项技术的潜力远不止科学实验室。团队认为，这一突破将推动X射线成像在多个领域的应用：包括机场安检、质量检测、无损检测、先进制造，乃至医学诊断等。
“通过这项技术，我们可以分辨材料间极其微小的差异。”希门尼斯说，“这将有助于更精准地识别癌症细胞等病变组织。在乳腺影像诊断中，我们希望在病变扩散前就能捕捉到微小钙化点。彩色化成像带来了更锐利的光束、更高的分辨率，从而显著提升检测能力。这真是令人激动。”
“接下来我们将持续创新，”柯林斯总结道，“希望能更快识别威胁、更早诊断疾病，为建设一个更安全、更健康的世界贡献力量。”
了解更多信息，请访问：www.sandia.gov
