硬X射线相位衬度CT成像研究领域获得重要进展

2010-8-26 16:06 来源: 中国科学院
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  日前,中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置的科研人员在硬X射线相位衬度CT成像研究领域获得重大进展。这一研究成果消除了医学X射线CT技术应用X射线相位衬度成像方法的障碍,为形成安全性和灵敏度更高的X射线相位CT技术奠定了基础。

  从伦琴发现X射线至今的100多年里,传统的基于吸收的X射线成像技术在医学临床诊断、生物学、材料科学、信息科学、安全检查和许多工业产品检测领域得到了极其广泛的应用。X射线透视和X射线CT和我们每一个人的生活和健康息息相关。然而,传统的X射线成像技术,对重元素为主的物体(如骨头、金属等)比较敏感,而对轻元素为主的生物软组织(如早期肿瘤、血管)、高分子材料(如多孔塑料、碳纤维、高聚合物)只能得到模糊的图像。和传统的X射线吸收成像技术相比,近十几年来发展起来的硬X射线相位衬度成像具有明显的优势,可以对轻元素构成的生物软组织获得高得多的成像衬度。目前阻碍硬X射线相位衬度成像的推广应用的瓶颈是,提取相位信息的方法太繁琐,需要的曝光剂量过高,不适合生物医学样品的成像要求,难于和现有的医学X射线CT技术相结合。

  北京同步辐射装置的科研人员,瞄准X射线相位衬度成像普及应用这个与人类健康紧密相关的课题,利用X射线正面入射和反面入射吸收相同、折射角相反的原理,提出攻克这一难题的研究方案。为了验证这一研究方案的正确性,北京同步辐射装置的科研人员先后和日本东京大学和瑞士同步辐射光源的X射线成像专家合作,开展了一系列精心设计的实验研究,获得了完全肯定的实验结果。相关论文发表在最近一期的PNAS期刊上(PNAS, 107, 31, 13576-13581 (2010)),被审稿人誉为“近二十年来X射线成像的重大突破”。

  这一研究成果表明,北京同步辐射装置的科研人员提出的解决方案,不但使X射线相位衬度成像的曝光剂量至少降低50%,而且可以像传统X射线吸收CT一样操作简便,实现快速三维成像。可以预期,这项新技术的诞生和人类健康的巨大需求,必将催生出新型的X射线相位CT产业,为人们更健康更舒适地生活做出贡献。

  低剂量、快速X射线相位CT实验结果,样品为大鼠爪,(a)微分相位衬度投影像,(b1)轴位断层重建像,(b2) 冠位断层重建像。图像中不但可以看到骨头,而且可以看到肌肉甚至毛发。