超亮X射线，实现医疗影像高效诊断

文|陈根

1895年，德国物理学家威廉·康拉德·伦琴(W.K.Rontgen)在做一项实验时偶然发现了X射线。这个射线能够穿透某些固体物质，看到一些肉眼很难识别和看到的事物，也可以使照相底片感光以及空气电离。当时伦琴并不知道这种射线的名字叫什么，于是将其以未知数X来命名。

X射线一经发现就开始为医学服务。1896年，苏格兰医生约翰·麦金泰尔在格拉斯哥皇家医院设立了世界上第一个放射科，从此，医学诊断和治疗的过程中开始使用X射线。

在外科领域中,它首先应用于骨骼系统的观察。美国著名医学家坎农(W.C.Cannon)在1898年发现，用铋或钡配合X射线检查，可以清楚地观察到动物的食道。此后，X射线技术开始广泛应用于医学影像诊断，成为医学临床检查和科研不可或缺的重要手段。

近日，伦敦大学学院和欧洲同步加速器研究设施（ESRF）的科学家们利用先进粒子加速器产生的X射线，以前所未有的高清展示了整个器官的3D图像。这项新技术被称为“层次相差断层扫描”（HiP-CT），分辨率达到1微米。

其使用的X射线，由位于法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器（粒子加速器）提供，该同步加速器最近升级了极亮源（ESRF-EBS），创造了世界上第一个第四代同步加速器，使其成为世界上最亮的X射线源，比医院的X射线约亮1000亿倍。

得益于这种强烈的亮度，科学家们可以在完整的人肺中看到直径5微米（一根头发直径的十分之一）的血管。更值得注意的是，HiP-CT能够在不同尺度上进行3D绘图，让临床医生对整个器官进行成像，甚至能缩小到细胞水平。

该项目还提供了健康肺部与已故COVID-19患者肺部对比的成像。通过使用HiP-CT，科学家们观察到新冠肺炎感染在两个独立的系统之间“分流”血液—— 为血液充氧的毛细血管和为肺组织本身供养的毛细血管。

基于从前的理论假设，这种交联会妨碍病人血液被适当的氧合。但在使用HiP-CT设备之前，从未被直观的证实过。通过该技术，科学家们获得了对该机制的新见解。

未来，科学家们希望通过不断改进技术，提高对临床成像的理解，实现更快、更准确的诊断。