新型X射線彈性成像技術(shù)：可用于軟組織檢查，比MRI分辨率更高

2020-04-03 10:11

通常情況下，X射線用于骨骼檢查，而磁共振和超聲用于軟組織檢查。

現(xiàn)在，一種新型技術(shù)讓X射線也應(yīng)用于軟組織成像，而且分辨率更高，能比其他技術(shù)更早地發(fā)現(xiàn)腫瘤或其他病變。

這種技術(shù)被稱為X射線彈性成像，由日本東北大學(xué)（Tohoku University）的研究人員提出，并拍攝出第一張圖像。研究成果已經(jīng)在今年3月份的《應(yīng)用物理快報(bào)》（Applied Physics Express）上發(fā)表。

▲ 圖1 日本東北大學(xué)官網(wǎng)關(guān)于X射線彈性成像技術(shù)的介紹

▲ 圖2 發(fā)表于《應(yīng)用物理快報(bào)》的論文

彈性成像是一種無創(chuàng)的醫(yī)學(xué)成像方式，用于研究軟組織的硬度和彈性，它具有較高的分辨率。X射線彈性成像的工作原理與磁共振或超聲類似，但分辨率要高得多，能夠讓醫(yī)生發(fā)現(xiàn)更小和更深的病變。

超聲使用的聲波頻率高于人類所能聽到的頻率，它的工作原理是通過向我們發(fā)送“剪切波”（shear waves）——就是快速上下?lián)]動(dòng)一根繩子時(shí)產(chǎn)生的那種波。剪切波在較硬組織里的傳播速度比在軟組織里的傳播速度更快。由于癌性腫瘤、肝硬化和硬化動(dòng)脈比周圍的健康組織更硬，超聲波在通過這些組織時(shí)變慢，因此臨床醫(yī)生能夠發(fā)現(xiàn)這些病變。

磁共振成像的工作方式也與此相關(guān)，不過它通過強(qiáng)磁體迫使人體組織的氫原子核與磁場(chǎng)保持一致。這些氫原子核移動(dòng)的時(shí)間長短能夠揭示關(guān)于硬度或組織的相關(guān)問題。

現(xiàn)在，日本東北大學(xué)開發(fā)出的這種新型彈性成像技術(shù)，可以利用X射線來做同樣的事情。其優(yōu)勢(shì)在于，X射線生成的圖像具有微米（百萬分之一米）尺度的分辨率，清晰度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過毫米（千分之一米）尺度。

雖然先前的研究已經(jīng)表明，這種X射線彈性成像在原則上是可行的，但這還是第一次使用這一概念來對(duì)現(xiàn)實(shí)世界里的硬度進(jìn)行可視化演示。

▲ 圖3① X射線彈性成像揭示不同材料的硬度：濃度均衡的樣品（左）和含有較硬二氧化鋯粒子的樣品（右）。（樣本：聚丙烯酰胺凝膠）

從圖中可見，盡管其濃度與周圍基質(zhì)僅僅略有不同，但二氧化鋯粒子仍清晰可見。在醫(yī)學(xué)診斷中，這種細(xì)微差別是無法通過典型的X射線成像來辨別的。

▲ 圖4② 硬度幾乎均勻的樣品（左））；包含硬質(zhì)區(qū)域的樣品（右）

這項(xiàng)研究的首席研究員、日本東北大學(xué)先進(jìn)材料多學(xué)科研究所③副教授Wataru Yashiro表示：“這種高精確度圖像不僅能讓醫(yī)生發(fā)現(xiàn)更小或更深的病變，而且對(duì)患者來說也非常重要，因?yàn)檫@些小病變可能是剛剛出現(xiàn)的，也可能是其他病癥的早期征兆。”

未來，研究人員將進(jìn)一步開發(fā)生成3D可視化技術(shù)，最終目標(biāo)是制造出X射線彈性成像診斷設(shè)備。

注①：圖3來源于日本東北大學(xué)先進(jìn)材料多學(xué)科研究所Wataru Yashiro。

注②：圖4來源于賢集網(wǎng)。

注③：“先進(jìn)材料多學(xué)科研究所”全稱為“Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials”，縮寫為IMRAM 。