This thesis presents the results of X-ray multi-modal images acquired using grating interferometry and propagation-based imaging techniques at a synchrotron source. Since the absorption contrast is not very suited to visualize small density differences in the sample, it is necessary to explore novel contrast mechanisms that can overcome this difficulty. Phase-contrast is more sensitive to small density differences and dark-field contrast gives information on the local scattering power of the sample. These novel contrast mechanisms have the power to give complementary information that can help to better understand the composition of a sample. X-ray grating interferometry, provides high sensitive images using the above mentioned three image contrasts. Up to now, this technique was mainly used for the characterization of soft tissues at photon energies up to 50 keV. The use of such a sensitive technique at energies over 100 keV, can be very interesting for the imaging of hard and dense specimens and it remains unexplored. However, the fabrication requirements of the gratings composing the interferometer make its implementation at high photon energies rather challenging. Furthermore, it is not clear that the different image signals will give complementary information, since at these high energies the attenuation and the phase contrast tend to depend on the material in a similar way. One part of the present thesis is focused on the investigation of grating interferometry at photon energies over 100 keV. The results show the characterization of grating interferometry at such high photon energies. The possibility to characterize samples at these high energies opens a path in many different fields, such as biomedical sciences, fundamental physics, and material sciences. Propagation-based imaging is another X-ray imaging technique that in combination with a suited algorithm access the phase-contrast information. This technique uses the coherent properties of the source and lets the X-rays propagate in order to access the phase information. Its implementation remains therefore simple, since it doesn't need additional optics in the beam. One part of the present thesis is focused on the experimental evaluation of the grating interferometry and propagation-based imaging capabilities to access the phase-contrast information. The analysis is performed in a phantom sample which contains different density gradients. Additionally, the evaluation is completed by applying both techniques to the visualization and characterization of pancreatic cancerous tissue. The results presented show the complementarity of the techniques to assess the material composition of different samples.      «

This thesis presents the results of X-ray multi-modal images acquired using grating interferometry and propagation-based imaging techniques at a synchrotron source. Since the absorption contrast is not very suited to visualize small density differences in the sample, it is necessary to explore novel contrast mechanisms that can overcome this difficulty. Phase-contrast is more sensitive to small density differences and dark-field contrast gives information on the local scattering power of the s...     »

Die vorliegende Arbeit präsentiert Ergebnisse von multimodalen Röntgenbildgebungstechniken, die an einer Synchrotronquelle mit gitterinterferometrischen und propagationsbasierten Bildgebungsmethoden erzielt wurden. Geringe Elektronendichteunterschiede können mittels konventioneller Röntgenabsorption nur schlecht dargestellt werden. Daher bieten sich neue Kontrastmechanismen an, die diese Schwierigkeit überwinden. Das Phasenkontrastsignal ist deutlich sensitiver in Bezug auf geringe Elektronendichteunterschiede und das Dunkelfeldkontrastsignal erlaubt zusätzlich die Darstellung des lokalen Streuungverhaltens der Probe. Diese neuartigen Kontrastmechanismen ermöglichen komplementäre Bildsignale für ein besseres Verständnis der Probenkomposition. Röntgengitterinterferometrie ist das sensitivste Bildsignal der drei hier behandelten Bildkontrastmodalitäten. Bis jetzt wurde dieses Verfahren hauptsächlich für Weichgewebscharakterisierung bei Photonenenergien bis zu 50 keV angewandt. Die Applikation einer so hochsensitiven Methode bei Energien über 100 keV ist von großem Interesse für die Bildgebung harter und dichter Objekte und ist bisher unerforscht. Jedoch sind die Herstellungsanforderungen der Gitter des Interferometers für solch hohe Energien eine technische Herausforderung. Desweiteren stellt sich die Frage nach dem Verhalten der Komplementarität der unterschiedlichen Bildsignale bei höheren Energien, da sich die Energie- und Materialabhängigkeit von Absorptions- und Phasenkontrast bei hohen Energien annähert. Ein Teil dieser Arbeit widmet sich der Untersuchung der Anwendbarkeit von Gitterinterferometrie bei Photonenergien oberhalb von 100 keV. Als Resultat wird die Charakterisierung von Gitterinterferometrie bei solch hohen Energien präsentiert. Die Möglichkeit, Proben bei so hohen Energien zu charakterisieren erlaubt eine Anwendung in vielen unterschiedlichen Bereichen wie der biomedizinischen Forschung, der physikalischen Grundlagenforschung und der Materialwissenschaft. Propagationsbasierte Bildgebung ist eine weitere Röntgenbildgebungstechnik, die in Kombination mit passenden Algorithmen ebenfalls die Darstellung der Phasenkontrastinformation erlaubt. Diese Technik basiert auf der Kohärenz der Synchrotronquelle und ermöglicht dadurch eine Propagation der Röntgenstahlen, um das Phasensignal zu erhalten. Die Implementation dieser Technik ist experimentell einfach, da keinerlei zusätzliche optische Strahlkomponenten benutzt werden müssen. Ein weiterer Teil der vorliegenden Arbeit handelt von der experimentellen Evaluation der Bildgebungsmöglichkeiten von Gitterinterferometrie und propagationsbasierter Röntgenbildgebung. Diese Evaluation wird anhand einer Phantomprobe mit unterschiedlichen Dichtegradienten durchgeführt. Komplettiert wird diese Evaluation anhand der Anwendung beider Methoden zur Visualisierung und Charakterisierung von pankreatischem Krebsgewebe. Die präsentierten Resultate verdeutlichen die Komplementarität der beiden Techniken, um die Materialkomposition unterschiedlicher Proben zu bestimmen.      «

Die vorliegende Arbeit präsentiert Ergebnisse von multimodalen Röntgenbildgebungstechniken, die an einer Synchrotronquelle mit gitterinterferometrischen und propagationsbasierten Bildgebungsmethoden erzielt wurden. Geringe Elektronendichteunterschiede können mittels konventioneller Röntgenabsorption nur schlecht dargestellt werden. Daher bieten sich neue Kontrastmechanismen an, die diese Schwierigkeit überwinden. Das Phasenkontrastsignal ist deutlich sensitiver in Bezug auf geringe Elektronend...     »