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硬X线相位衬度成像研究获重大进展

日期:2010-09-20   来源:   阅读数:269

“近20年来X射线成像的重大突破”——在最新出版的国际权威综合性科技期刊《美国国家科学院院刊》[PNAS, 107, 31, 13576-13581 (2010)]上,审稿人对我国硬X射线相位衬度成像研究给予如是高度评价。

  这项由中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置与合肥国家同步辐射实验室联合成像科研小组获得的重要进展,消除了医学X射线断层扫描(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射线相位衬度CT技术奠定了基础。专家预期,这项新技术的诞生和人类健康的巨大需求,将催生出新型X射线相位CT产业。


  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极其广泛的应用。今天,X射线透视和X射线CT已经与每个人的生活和健康息息相关。然而,传统的X射线成像技术,对吸收系数较大的以重元素为主的物体(如骨头、金属等)可清晰成像,而对以轻元素为主的生物软组织(如早期肿瘤、血管)和高分子材料(如多孔塑料、碳纤维、高聚合物),却只能提供模糊的成像衬度。


  据科研人员介绍,与传统的X射线吸收成像技术相比,硬X射线相位衬度成像技术具有明显优势:它基于X线通过轻元素获得的相位改变,可以对由轻元素构成的生物软组织获得高成像衬度。但是,目前阻碍硬X射线相位衬度成像技术推广应用的瓶颈是: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,难以和现有的医学X射线CT技术相结合。


  由吴自玉研究员带领的北京同步辐射装置和合肥国家同步辐射实验室联合成像科研小组的科研人员发现,X射线正面入射和背面入射的两张投影像,其吸收衬度具有对称性,而折射衬度具有反对称性。基于这一原理,科研人员提出X射线相位CT新方法。为了验证这一方案的正确性,他们先后和日本东京大学、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。


  研究表明,这一解决方案克服了以往硬X射线相位衬度成像方法中的不足,不但可使曝光剂量至少降低50%,而且像传统X射线吸收CT一样****作简便,可实现快速三维成像。


  该研究迅速引起了国际同行的高度关注。不久前在美国芝加哥召开的“第十届X射线显微术国际会议(XRM2010,Chicago)”上,我国专家受邀做特邀报告,多位国际著名X射线成像专家在报告后予以高度评价,一致认为这项研究成果具有重大应用前景。