摘要：相比于目前医院采用的常规扫描，最新开发的紧凑型光源（Compact Light Source，CLS）——商用X射线源——可使计算机断层扫描更加详细。这项新技术有望很快用于临床研究，更好的了解癌症及其他疾病。

 

图片来源：Lyncean Technologies Inc

总部位于Palo Alto的 Lyncean科技公司（Palo Alto-based Lyncean Technologies Inc）开发的紧凑型光源（Compact Light Source）产生可用于先进断层照相的X射线。被称为同步加速器的X射线发生器有足球场那么大，20世纪90年代末至21世纪初，SLAC研发了只有汽车大小的微型同步加速器。

一项新研究表明，相比于目前医院采用的常规扫描，美国能源部（Department of Energy）SLAC国家加速器实验室（SLAC National Accelerator Laboratory）最新开发的紧凑型光源（Compact Light Source，CLS）——商用X射线源——可使计算机断层扫描更加详细。这项新技术有望很快用于临床研究，更好的了解癌症及其他疾病。

对于人体切片图像，X射线计算机断层扫描（computer tomography，CT）是一项重要的诊断工具。传统CT扫描对骨头及身体其他致密部位非常详细，这些部位对X射线具有强吸收。然而，该技术在那些对X射线而言更加透明的软组织（如器官）的可视化及区分上表现很差。

“我们的研究表明，采用紧凑型光源可获得更好的效果。”德国慕尼黑工业大学（Technical University of Munich）生物医学物理教授Franz Pfeiffer说，“CLS可用于更先进的X射线成像技术——多模式断层扫描。” 该研究结果4月20日发表于国家科学院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences），Franz Pfeiffer教授是该论文通讯作者。

一种以上的对比（More than One Kind of Contrast）

CT扫描的细节取决于可区分不同组织的亮度或对比度。常规CT利用X射线的吸收只是产生对比度的一种方法。

另外，还可以通过组织改变入射X射线方向的差异，或者弯曲或散射X射线的差异来产生对比度。以上技术分别被称为相衬CT和暗视野CT。

“器官和其他软组织没有大的吸收对比度，但在相衬断层中可视。”论文第一作者、慕尼黑工业大学研究员Elena Eggl表示，“另一方面，暗视野法对脊椎和肺泡等结果特别敏感。”

收缩同步加速器（Shrinking the Synchrotron）

然而，这些方法需要X光以特定方式排列成确定的波，医院使用的常规CT扫描仪不具有这个特点。

研究人员可以使用同步加速器（一种电子在足球场大小的环形圈内运行产生所需辐射的特殊设备）完成高质量的相衬和暗视野成像，但这些大型且昂贵的设备无法在每一个研究机构和临床实验中简单实现。

相反的，CLS是同步加速器的迷你版，通过在桌面大小的储存环内电子与激光碰撞产生合适的X射线。CLS具有尺寸小、成本低等优点，可在几乎所有场合使用。

“CERN大型强子对撞机（The Large Hadron Collider at CERN）是世界上最大的碰撞储存环，CLS则是最小的。”该研究合作作者之一、SLAC科学家Ronald Ruth如是说。同时，Ruth还是总部位于Palo Alto的Lyncean科技公司（Lyncean Technologies Inc）创始人之一、董事会主席，该公司在SLAC早期基础研究的基础上开发了X射线源。“结果表明CLS在断层扫描等应用方面是完美的选择。”

模式更多、细节更详细（More Modes, Finer Detail）

最近的研究中，研究人员报道了第一个CLS“多模式”CT扫描：同时记录下了吸收、相衬及暗视野所有的三种成像模式。科学家对幼鼠不同方向进行扫描，获得了361张二维X光片，对所有照片进行分析，获得了幼鼠的横截面图像。

“吸收图像只显示骨头和充满空气的器官。”Eggl说，“然而，相衬和暗视野图像显示了心脏、肝脏等器官的更多细节。甚至可以区分不同的脂肪组织，这对于吸收CT扫描而言是不可能的。”

利用已知的液体标样，不仅能区分其性能，还可以量化其性能差异，这些信息可用于人体各组织，且只有结合三种成像模式才能获得。

癌症、材料领域的影响（Implications for Cancer, Materials）

该研究（CLS原型）的成功已经授权了第一个商业装置。

下一阶段的目标是将采用CLS的相衬和暗视野CT进行临床研究，这是一种有助于癌症可视化的方法。“我们进行了两项肿瘤的临床研究。”Eggl说，“其中一项计划是对乳房切除术后的乳腺组织样品及整个乳房进行扫描，以便更好的了解乳腺癌的临床图像。”

除医学应用之外，多模态断层成像还可以在材料科学领域开拓新的应用可能，例如，对于那些X射线吸收对比很不明显的特别持久和轻质的碳纤维及其他纤维材料的研究。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜     校正：摩天轮