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新型X射线弹性成像技术:可用于软组织检查,比MRI分辨率更高

2020-04-03 10:11
器械汇
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通常情况下,X射线用于骨骼检查,而磁共振和超声用于软组织检查。

现在,一种新型技术让X射线也应用于软组织成像,而且分辨率更高,能比其他技术更早地发现肿瘤或其他病变。

这种技术被称为X射线弹性成像,由日本东北大学(Tohoku University)的研究人员提出,并拍摄出第一张图像。研究成果已经在今年3月份的《应用物理快报》(Applied Physics Express)上发表。

▲ 图1 日本东北大学官网关于X射线弹性成像技术的介绍

▲ 图2  发表于《应用物理快报》的论文

弹性成像是一种无创的医学成像方式,用于研究软组织的硬度和弹性,它具有较高的分辨率。X射线弹性成像的工作原理与磁共振或超声类似,但分辨率要高得多,能够让医生发现更小和更深的病变。

超声使用的声波频率高于人类所能听到的频率,它的工作原理是通过向我们发送“剪切波”(shear waves)——就是快速上下挥动一根绳子时产生的那种波。剪切波在较硬组织里的传播速度比在软组织里的传播速度更快。由于癌性肿瘤、肝硬化和硬化动脉比周围的健康组织更硬,超声波在通过这些组织时变慢,因此临床医生能够发现这些病变。

磁共振成像的工作方式也与此相关,不过它通过强磁体迫使人体组织的氢原子核与磁场保持一致。这些氢原子核移动的时间长短能够揭示关于硬度或组织的相关问题。

现在,日本东北大学开发出的这种新型弹性成像技术,可以利用X射线来做同样的事情。其优势在于,X射线生成的图像具有微米(百万分之一米)尺度的分辨率,清晰度远远超过毫米(千分之一米)尺度。

虽然先前的研究已经表明,这种X射线弹性成像在原则上是可行的,但这还是第一次使用这一概念来对现实世界里的硬度进行可视化演示。

▲ 图3① X射线弹性成像揭示不同材料的硬度:浓度均衡的样品(左)和含有较硬二氧化锆粒子的样品(右)。(样本:聚丙烯酰胺凝胶)

从图中可见,尽管其浓度与周围基质仅仅略有不同,但二氧化锆粒子仍清晰可见。在医学诊断中,这种细微差别是无法通过典型的X射线成像来辨别的。

▲ 图4② 硬度几乎均匀的样品(左));包含硬质区域的样品(右)

这项研究的首席研究员、日本东北大学先进材料多学科研究所③副教授Wataru Yashiro表示:“这种高精确度图像不仅能让医生发现更小或更深的病变,而且对患者来说也非常重要,因为这些小病变可能是刚刚出现的,也可能是其他病症的早期征兆。”

未来,研究人员将进一步开发生成3D可视化技术,最终目标是制造出X射线弹性成像诊断设备。

注①:图3来源于日本东北大学先进材料多学科研究所Wataru Yashiro。

注②:图4来源于贤集网。

注③:“先进材料多学科研究所”全称为“Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials”,缩写为IMRAM 。

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