在之前的文章《八面玲珑的X光探针：X射线显微成像术》我们总结到基于空间几何放大的实验室X射线显微成像技术对于光源和探测器有极高的要求。在探测器方面目前基于光子计数、像素化X射线探测器（混合像素X射线探测器或混合光子计数X射线探测器）成为主流的选择。同时在医疗CT领域，搭载类似的探测器也成为趋势。接下来我们一起探索研究人员如何通过巧妙选用多毛细管X光透镜照明器件，并结合先进的算法来消除核心且昂贵的纳米X射线源的限制。
波兰雅盖隆大学的Pawel Korecki教授及其研究团队在2016年发表于PRL的文章《Defect-Assisted Hard-X-Ray Microscopy with Capillary Optics》中提出了一种缺陷辅助成像方法[1]——如下图2，利用多毛细管透镜内部天然存在的点缺陷作为高分辨率成像通道，对样品信息进行空间调制。探测器记录的是经过编码的强度分布，而非样品的直接像，随后通过解码重建获得高分辨率图像。编码孔成像的核心优势在于：能够突破多毛细管聚焦焦斑尺寸（通常极限为数个微米）对分辨率的限制，利用微通道的缺陷特征尺寸（缺失或者大毛细管）作为分辨率极限，结合低价格、低亮度的微焦源，实现了亚微米级成像，无需复杂昂贵的纳米射线源或高分辨透射耦合相机等。
图2. (a)样品被放置在具有自然缺陷的多毛细管透镜焦点处，透射的X射线被二维阵列探测器检测；(b) 聚焦光斑的强度分布；(c)如果毛细血管透镜是完美的周期性排列，样品的信息会被涂抹，只有存在点缺陷才会打破周期性，导致样品形成多个X射线图像[4].
为了进一步验证该方法的可行性，研究人员选用一个50kV，1mA，40μm的微焦源，耦合多毛细管X光透镜，以获得约11.8微米的聚焦焦斑。并在金箔上用聚焦离子束（双束扫描电子显微镜/聚焦离子束 Quanta 3D FEG，FEI 公司）铣削了6.2μm×4.5μm的字母E，并放置于多毛细管的聚焦焦平面上。探测器选用了众星联恒合作伙伴捷克Advacam公司的Minipix Timepix混合光子计数X射线探测器，并放置于毛细管出光口后447mm处。通过编码孔径解码从缺陷形成的多个图像中重建样品结构，在无需额外物镜的条件下实现了约600 nm的空间分辨率- -如下图3，为了确定编码孔径成像方法的空间分辨率，研究人员计算了SPSF。SPSF被定义为点物体的重构图像（在这个的例子中近似为针孔）。
图3. (c)缺陷辅助成像的系统点扩散函数(SPSF).(d) 沿(c)中标记线插值的 SPSF 曲线轮廓。带箭头的线：红色虚线曲线的半高全宽(0.50 ± 0.15 微米).虚线垂直线：蓝色实线曲线的第一个最小值位置(0.59 ± 0.15 微米). 插图：物体和 0.8 微米针孔的扫描电子显微镜图像.
为了改进缺陷辅助成像方法中存在的缺陷分布不可控、成像效率低、解码复杂等局限性，该团队又提出了多点投影成像方法[2]-相应成果于2018年发表于OPTICA，文章名称为《Multipoint-projection x-ray microscopy》。
图4.(a)多点投影成像方法概念示意图；(b)多路传播/多路分解概念；(c) 实验室用切割的多毛细管X光透镜和一个针孔掩模来实现多点投影成像；(d)针孔掩模的SEM图像；(e)多毛细管输入端面SEM图像；(f)多毛细管输出端面SEM图像[5].
该方法需要利用稀疏排列的毛细管阵列生成近千个亚微米级的次级X射线源，作为高分辨率成像通道。但是由于稀疏阵列弯曲多毛细管的制造是具有挑战性的，因此只能通过将单个多毛细管X光透镜（N≈3.3×105通道，f≈2.5 mm）切割成两段，并在中间放置针孔掩模，来实现多点投影成像，如上图4(c)所示。这里的“稀疏”是通过掩模实现的，仅允许与针孔对准的毛细管接收X射线。只要输出端毛细管间距大于单个投影在样品平面的照明区域直径，各投影在探测器上自然分离，无需解码。
如上图4(a)所示，该方法将样品置于多毛细管透镜的焦点处，通过多路传播/多路分解实现并行投影成像，无需任何物镜或解码步骤的条件下实现了约500 nm的空间分辨率，详见下图5。
图5. 高吸收物体的多点投影 X 射线显微镜成像。（a）使用平均能量约为 9 千电子伏的 X 射线管获得的物体（在插图中显示的在金箔上用离子束铣削的单个字母 E）的近一千倍复制阴影投影；（b）使用 HPD 记录的更高分辨率图像。采集时间：180 秒；（c）在物体平面使用直径为 0.5 微米的针孔获得的次级源分布；（d）短（10 秒）采集时间下物体的多个投影，探测器每次像素仅有少量光子；（e）通过简单求和 n=18 类型 c1 次级源（如（c）所示）计算得到的总图像，其信噪比与（b）中的单个物体投影相似；（f）分辨率测试；不同宽度的钨狭缝图像。在所有图像中，几何放大倍数为 M ∼ 200，像素大小约为 300 纳米。
值得一提的是为了实现更清晰、更高分辨率的成像，研究人员采用了众星联恒合作伙伴捷克Advacam公司的小型混合像素X射线探测器（HPD）-MinipiX，这种探测器具有更高的分辨率和灵敏度。MinipiX是一种光子计数、像素化多功能辐射、粒子探测设备，每个像素内都带有可调节的判别器（能量阈值）。因此，它们没有读出噪声和暗噪声，非常适合用于获取本实验中的低水平信号-上图5（d）中在10s的采集时间下，探测器每次像素仅有少量光子。如果选用间接探测X射线相机，无法获的较好的信噪比。
