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Microworks光栅助力新冠病毒肺部诊断

2020-07-03 14:44:38 867
北京众星联恒科技有限公司


Microworks的工程师Thomas Beckenbach正在检测一个40cmx8cm的X射线光栅


慕尼黑工业大学(TUM)的研究人员开发了一种用于肺部诊断的新型x射线方法,他们计划在诊断冠状病毒的一个病例中测试这种方法。该方法可以清楚地识别出典型的疾病异常,并且比目前使用的CT的辐射剂量低得多。


在新冠病毒大面积传播期间,可靠的识别方法至关重要。除生化检查外,X射线法还可用于识别伴随新冠病毒的肺部病变。X射线法在很短的时间内就可以检查大量患者,并在检查后立即提供结果。


01

偏转的X射线会暴露出肺泡受损的区域

生物医学物理学教授、慕尼黑大学生物工程学院院长弗兰兹·法伊弗(Franz Pfeiffer)与慕尼黑大学医院的同事们一起,计划测试新的暗场x射线成像技术,用于新冠肺炎的诊断。

传统的x射线成像显示的是x射线在穿过组织时的衰减,而暗场成像聚集的是被散射的一小部分x光,即偏离了直线路径,传统的x射线成像忽略了这种散射的x光。


这种新方法利用了散射的物理现象,其方式类似于长期以来利用可见光的暗场显微镜技术。它使我们能够清楚地看到大部分透明的物体,并且能在暗场显微镜中、在黑暗的背景前以清晰的结构出现,这就是暗场显微镜的名字。


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常规胸部X光检查

例如在空气和组织之间的界面,散射就特别强烈,”Pfeiffer说。因此,肺暗场图像可以清楚地区分肺泡完整的区域(即充满空气的区域)和肺泡塌陷或着说是充满液体的区域。


在新冠病毒引起的肺炎类型中,肺部形成的结构最初类似棉絮或蜘蛛网,然后扩散到整个肺部并充满液体。结合其他典型症状来看,这些结构是新冠病毒感染的明确指示。肺的变化与肺泡的损害有关,在暗场图像中可以清楚地看到。


02

创新的方法

x射线暗场成像是一种完全创新的医学检查方法。Pfeiffer和他的团队从一开始就开发出了这种方法,Pfeiffer教授在2008年提出了基本的方法,让在常规的x光管中使用这种方法成为可能。


在此之前,这种方法需要的更高质量的x射线只能从同步辐射光源处获得,而同步辐射光源是复杂的大型研究设备。在最初的实验室实验之后,Pfeiffer和他的工作人员与医生密切合作,进一步发展这种方法,现在有了一种适合检查病人的设备。


03

低辐射剂量

使用暗场技术进行的检查所产生的辐射要比现在使用的CT法低得多。这是因为新技术只需要每个病人一张图像,而CT则需要从不同角度拍摄大量独立图像。新冠病毒引起的变化无法在常规的二维x射线图像中明确识别


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X射线暗场成像设备示意图

X射线通过三个光栅,这使得分析X射线的散射信号成为可能。这些光栅是在不同的X射线透明度之间交替排列的细线,然后X射线探测器接收到一个覆盖着窄条纹的常规X射线图像。散射减弱了这一额外的图案,所以它在图像中可视化的部分是较弱的,在那里很多X光散射被转移。


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