Imagens de raios X podem ser obtidas através de diversos mecanismos de contraste baseados em grandezas de interação diferentes. Imagens baseadas no contraste por atenuação, são amplamente utilizadas; no entanto, podem apresentar limitações quando o coeficiente de atenuação linear dos materiais em estudo são próximos. Imagens baseadas em espalhamento e fase surgem como um complemento à técnica convencional; no entanto, as técnicas para obtenção dessas imagens apresentam limitações quanto a sua aplicação clínica. Uma possível solução para essas limitações, recentemente proposta na literatura, consiste no posicionamento de uma grade no caminho do feixe para criar um padrão de sombras o qual é modificado na presença de uma amostra posicionado atrás ou logo após a grade. Através da análise de Fourier das imagens da grade com e sem a amostra é possível reconstruir as imagens de atenuação, espalhamento e fase. A literatura carece de estudos rigorosos deste método, então, buscou-se otimizar os parâmetros de reconstrução das imagens, explorar qualitativamente e quantitativamente as características das imagens reconstruídas, aplicar o método na caracterização de materiais e adaptá-lo para o ambiente clínico. Dessa maneira, o objetivo desse trabalho é desenvolver um protótipo experimental capaz de adquirir, com apenas uma exposição da amostra, imagens de tal forma que os sinais de atenuação, espalhamento e fase pudessem ser separados em imagens independentes através de um algoritmo de reconstrução. O protótipo experimental consiste de uma fonte de raios X, uma grade e um detector de imagens alinhados. Para estudar capacidade do sistema em resolver estruturas finas, foram utilizados diversos materiais granulares como carbeto de silício (SiC) de diversos tamanhos (13 µm-180 µm) e líquidos com coeficiente de atenuação linear próximos (água, solução de água e açúcar e glicerina). Em um primeiro teste, um tubo de microfoco (alvo tungstênio (W), ponto focal de 10 µm), grades de fios de aço inoxidável e um detector digital odontológico (tamanho do pixel=20 µm) foram utilizados para estudar a influências das características da grade (visibilidade e período projetado) e das amostras (material, granularidade e espessura) nos sinais de atenuação e espalhamento. Em geral, as imagens reconstruídas apresentaram contraste aprimorado (85% maior) em relação ao daquelas obtidas pelo método convencional devido redução de ruído. As imagens de espalhamento foram capazes de detectar, embora não individualmente, a presença de grãos menores que a resolução do sistema e as imagens de fase apresentaram aprimoramento de borda. As análises das características das grades mostraram que grades com períodos projetados de alta visibilidade e baixo ruído são fundamentais para reconstrução de imagens com alto contraste. Resultados experimentais mostraram que os sinais de atenuação e espalhamento apresentam dependência com a espessura tornando possível a adaptação do método em tomografia. Esses sinais foram combinados em um gráfico de dispersão para caracterização de materiais granulares e líquidos a partir da inclinação dessas dispersões. Grãos de SiC de 180 µm apresentaram inclinações 70% maior que os grãos de 26 µm e água apresentou inclinação até 37% maior que glicerina e 14% maior que a solução de água e açúcar. Finalmente, o método foi adaptado para condições próximas das encontradas na clínica. Foram utilizados um tubo de raios X industrial (alvo W, ponto focal 1 mm), uma grade linear convencional e um detector de fósforo fotoestimulavel (tamanho de pixel=86 µm) comumente utilizado em clínica. Com exceção das imagens de atenuação, as de espalhamento e fase não foram reconstruídas de forma satisfatória devido à penumbra imposta pelo ponto focal e a baixa resolução do detector. Por fim, foi utilizado um tubo convencional (alvo W, ponto focal 0.6 mm), grade linear(tiras de chumbo e alumínio) e detector digital utilizado anteriormente. Neste caso, foi possível obter imagens de atenuação de alto contraste e de fase com excelente aprimoramento das bordas das amostras indicando que o tamanho do ponto focal e uma grade bem construída são fundamentais para reconstrução bem sucedida das imagens.

X-ray images can be obtained through several contrast mechanisms based on different interaction quantities. Images base on attenuation contrast are widely used; however, limitations may arise when the linear attenuation coefficients of the materials under study are close. Scattering and phase-contrast images arise as complement to the conventional method; nonetheless, the acquisition techniques of these images may present limitations regarding its clinical application. A possible solution, recently proposed in literature, involves positioning a grating in the beam path to create an image with a pattern of shadows that are modified in the presence of a sample placed behind or in front of the grating. Through Fourier analyses of the grating images with and without the sample it is possible to reconstruct attenuation, scattering and phase contrast images with a single exposure of the sample. In this way, the objective of this work is to develop an experimental prototype capable of acquiring, with a single exposure of the sample, images in such a way that the attenuation, scattering and phase signals could be separated into independent images through a reconstruction algorithm. The literature lacks of rigorous studies of this method, so efforts were made to optimize the reconstruction parameters, study qualitatively and quantitatively the characteristics of the reconstructed images, apply the method in material characterization and adapt it to the clinical environment. The experimental prototype consisted of an X-ray source, a grating and an image detector aligned to each other. To study the capabilities of method to solve fine structures, the samples were granular materials such as silicon carbide (SiC) grains of different sizes (13 µm - 180 µm), and liquids with close linear attenuation coefficient(water, water sugar solution and glycerin). In a first test, a microfocus X-ray tube(tungsten (W) target, 10 µm focal spot), stainless-wire gratings and a high-resolution digital detector(pixel size=20 µm) were used to study the influences of the grating characteristics (visibility and period projected) and of the samples (material, granularity and thickness) in the attenuation and scattering signals. Overall, the reconstructed images presented enhanced contrast (85% higher) compared to those obtained with the conventional method due to noise reduction. Scattering images were capable of detecting the presence of grains smaller than the system resolution, even though they are not individually seen. Phase images showed edge enhancement as expected. The analyses of the grating characteristics showed that high visibility and low noise projected period are fundamental to achieve high contrast reconstructed images. Experimental results also demonstrated that the attenuation and scattering signals showed dependence on the sample thickness, making it possible to adapt the method for tomography. These signals were combined in a dispersion graph to characterize solid granular materials and weakly attenuating liquids through the slope of these dispersions. Results of this analysis showed that the samples with 180 µm SiC grains presented slopes 70% higher than those with 26 µm SiC grains, and water presented slopes 37% higher than glycerin and 14% higher than the sugar water solution. Finally, the method was adapted to conditions close to those of the clinical environment. Firstly, an industrial X-ray tube (W target, 1 mm focal spot), a linear grating made of lead and aluminum strips and a photo stimulated phosphor CR detector(pixel size=86 µm) commonly used in clinical applications were used. With exception of the attenuation images, this experimental arrangement does not provided images which could be satisfactorily reconstructed into scattering and phase-contrast images because of the penumbra imposed by the source and the insufficient detector resolution. In the last test, a conventional X-ray tube (W target, 0.6 mm focal spot), a linear grating and the previous digital detector (20 µm) were used. High contrast attenuation and phase contrast images with excellent edge enhancement were observed, indicating that smaller focal spot and well-constructed gratings are fundamental to a successful reconstruction of the images. So, a new prototype to overcome these focal spot size effects was proposed.