• contrasto di fase
• imaging a raggi X

In questo lavoro di tesi è stato studiato il fenomeno del contrasto di fase nell'imaging a raggi X come strumento per migliorare la qualità delle immagini radiologiche convenzionali.
La tecnica di imaging a raggi X convenzionale utilizza le differenze in assorbimento delle diverse parti del campione per produrre il contrasto nell'immagine. Tuttavia, nei casi in cui vengono richieste immagini ad alta risoluzione di materiali debolmente assorbenti, l'attenuazione nel campione è spesso insufficiente per ottenere un contrasto rivelabile.
Le tecniche di imaging di fase esaltano il contrasto dell'immagine superando i limiti della radiografia convenzionale. Questo approccio innovativo consiste nella registrazione dei pattern d'interferenza che si formano quando i raggi X attraversano regioni del campione con diverso indice di rifrazione. Il contrasto di fase (chiamato anche edge-enhancement, dall'inglese ``esaltazione del bordo'') che, per mezzo di tali tecniche, si osserva sull'immagine radiografica, è formato da una coppia di frange: un picco e una valle nell'intensità del segnale registrato in corrispondenza dei bordi del dettaglio. Questo fenomeno è dovuto all'interferenza tra i fronti d'onda imperturbati che si propagano nelle prossimità del dettaglio e quelli che hanno subito lo sfasamento indotto dal campione.
In questo lavoro di tesi il fenomeno del contrasto di fase è stato studiato sia in termini di modellizzazione e simulazione che dal punto di vista sperimentale. Gli strumenti utilizzati sono un tubo a raggi X con macchia focale di dimensioni micrometriche e un rivelatore digitale a pixel che sfrutta la tecnologia CMOS.
Il software di simulazione è stato elaborato per confrontare i dati sperimentali con quelli teorici.
L'implementazione numerica, sviluppata utilizzando il linguaggio di programmazione "C", permette di simulare la formazione dell'immagine di fase nelle condizioni sperimentali di lavoro. Per la descrizione della propagazione dei raggi X nello spazio e la formazione delle frange di edge-enhancement è stato usato il formalismo teorico dell'ottica geometrica. Il software di simulazione è in grado di calcolare il segnale registrato dal rivelatore sia nel caso di sorgente monocromatica che policromatica in funzione dello spettro di radiazione, dei materiali e della geometria dei fantocci radiografati e delle distanze tra sorgente, campione e rivelatore. Inoltre esso permette di tenere conto anche degli effetti di blurring dovuti alla dimensione finita della sorgente e alla risoluzione spaziale del rivelatore.
Tutti gli strumenti utilizzati per l'acquisizione delle immagini sono stati caratterizzati: del tubo radiogeno sono stati misurati gli spettri e la dimensione della macchia focale; del rivelatore CMOS sono stati misurati la point spread function e la curva caratteristica.
Nella parte sperimentale del lavoro di tesi sono state acquisite immagini di fantocci, differenti per materiale e spessore, in diverse condizioni di lavoro (geometria, spettro della sorgente). L'importanza del contrasto di fase nella formazione dell'immagine è stata valutata misurando la larghezza e l'ampiezza delle frange di edge-enhancement. È stata studiata la dipendenza di queste quantità dalla geometria di acquisizione (distanza sorgente-campione, distanza campione-rivelatore e magnificazione) e dalle caratteristiche del fantoccio utilizzato (materiale e spessore del campione radiografato).
Infine i risultati sperimentali sono stati confrontati con quelli previsti dalla simulazione; in questo modo è stato possibile valutare i limiti e la bontà della descrizione teorica del fenomeno del contrasto di fase.