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科学家使用新的X射线技术对软组织成像

美国能源部的科学家’布鲁克海文国家实验室(布鲁克黑文国家实验室)与拉什医学院(Rush Medical College)的研究人员合作,证明了一种新颖的X射线成像技术可以可视化传统X射线看不见的人脚软组织。这项称为衍射增强成像(DEI)的技术提供了常规X射线所传递的所有信息,以及以前只能通过其他扫描方法(如超声或磁共振成像(MRI))才能访问的软组织的详细信息。这项研究发表在2003年5月的《解剖学杂志》上。
布鲁克黑文国家实验室:科学家利用新的X射线技术对软组织成像

提供比常规X射线或其他扫描方法更多的信息

纽约州UPTON —美国能源部布鲁克海文国家实验室的科学家与拉什医学院的研究人员合作,证明了新颖的X射线成像技术能够可视化常规脚部不可见的人脚软组织X光片这项称为衍射增强成像(DEI)的技术提供了常规X射线所传递的所有信息,以及以前只能通过其他扫描方法(如超声或磁共振成像(MRI))才能访问的软组织的详细信息。这项研究发表在2003年5月的《解剖学杂志》上。

“我们先前已经证明了该技术可以使人的膝盖和踝关节的乳腺组织和软骨中的肿瘤形象化,但这是我们首次证明它可以有效地使皮肤,软骨等各种软组织形象化。韧带,肌腱,脂肪垫,甚至胶原蛋白和大血管,”在布鲁克海文实验室的国家同步加速器光源(NSLS)工作的物理学家钟忠说。 Zhong表示:“仅用一种技术即可可视化如此范围的软组织以及骨骼和其他硬组织的能力在诊断中具有许多潜在的应用。”

该技术利用了同步加速器源(如NSLS)上可用的X射线的强光束。这些光束比常规X射线管产生的光束明亮数千倍,并且即使在选择了单个波长之后,也为成像提供了足够的单色X射线通量。

在常规的X射线图像中,由于不同的组织吸收不同量的X射线能量,因此会产生各种灰色阴影。 Zhong表示:“这对骨骼和其他钙化组织的成像效果很好,但对X射线吸收率低且相似的软组织的成像效果却差强人意。”在DEI中,科学家对穿过组织的X射线以及它们在弯曲时如何弯曲和散射更感兴趣,因为这些性质在不同类型的组织之间变化更大。

为了用DEI分析样品,科学家们在样品和图像检测器之间放置了完美的硅晶体。当来自同步加速器的X射线穿过样品时,它们会弯曲或折射,并根据样品中组织的组成和微观结构而散射不同的量。然后,当各种弯曲的光线射出样品并撞击硅晶体时,它们会根据其角展度而以不同的量发生衍射。因此,硅晶体有助于将由不同组织产生的散射角的细微差异转换为强度差异,然后可以通过常规X射线检测器轻松检测出强度差异。这导致对软组织类型敏感的极其详细的图像。

例如,在当前的研究中,常规的人类脚趾X射线照片显示出骨骼和钙化的血管。除了周围软组织的微弱“阴影”和肌腱内的钙化外,看不到其他结构。在相同位置的同一标本的DEI扫描清楚地显示出皮肤,骨头下方的脂肪垫,血管,指甲板和一些肌腱,这些与周围的结缔组织明显不同。在其中一个脂肪垫中,甚至看不到胶原蛋白框架的组织结构。此外,由于扫描中可用的细节,骨骼呈现三维外观。

Zhong表示,在当前的研究中,产生的DEI图像的X射线剂量低于诊断X射线,并且不需要造影剂,这使该技术可作为一种潜在的筛选工具。

科学家们仍在研究如何缩小DEI设计的规模,以便可以在临床环境中使用它。但是他们说这应该是可行的,并且该技术最终可以极大地增强乳房X线照相术,并在检测其他软组织病理学(例如骨关节炎,乳腺癌和肺癌)中变得越来越重要。

拉什医学院的合作者包括Carol Muehleman,Jun Li和Klaus Kuettner。这项研究是由美国国立卫生研究院,葛兰素史克公司和美国能源部资助的,该部门支持各种科学领域的基础研究。

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