《柳叶刀-数字医疗》 Franz Pfeiffer团队：暗场 X 射线新技术提高肺部疾病诊断能力

历时13年，来自慕尼黑工业大学(TUM)的Franz Pfeiffer教授及其科研团队成员完成了史诗般的研究挑战

从2008年在X射线暗场成像的初步发现

到2021年将此项技术应用于临床研究，成功对患者进行呼吸道疾病诊断

暗场 X 射线成像可揭示由慢性阻塞性肺疾病(COPD) 引起的早期肺泡病变，辐射剂量远远低于常规 X 射线CT法，大约只占其五十分之一。因此可以广泛应用于呼吸系统疾病的早期检查和后续治疗。

在数以百万计的病例中，严重的呼吸系统疾病大大影响了患者的生活质量。每年全球有超过四百万人死于呼吸道疾病。其中，肺泡破裂和肺气肿是危及生命的慢性阻塞性肺疾病(COPD)的两大典型症状。然而，传统的胸透检查几乎无法辨别健康组织和病变组织之间的微小差异，更详细的信息只能使用CT来检测，那不仅耗时长价格贵，辐射剂量还大。此前，针对肺部疾病的早期检查和后续治疗，还没有什么两全其美的办法。

慕尼黑工业大学开发的一种技术现在可以填补这一空白: dark-field chest X-rays。在最新一期的《柳叶刀-数字医疗》中，由生物医学物理学教授兼慕尼黑生物医学工程研究所所长Franz Pfeiffer教授领导的研究小组发表了初步临床研究的结果，该研究使用了用于慢性阻塞性肺疾病(COPD)诊断的 X 射线技术。

Franz Pfeiffer 教授和他的团队在临床研究中测试了X 射线暗场技术。

图片：A. Heddergott / TUM

传统的 X 射线成像是基于X射线在穿透物质过程中的衰减特性。暗场技术则是基于X光的波动特性，利用非直射光（例如散射光、衍射光、折射光和荧光等）对物质进行成像。

新技术使用了类似于可见光暗场显微技术中的散射原理，可以看到大部分呈透明状的物体结构。这些结构往往在显微镜中呈现为黑色背景上的明亮部分，因此该方法得名-暗场X射线技术。

Pfeiffer 指出: “在细胞组织和空气之间，X 射线暗场信号会明显增强，这使得肺部的暗场像可以清楚地区分充满气体的完整肺泡，以及存在破裂的肺泡。”

Andreas Sauter博士 正在评估 X射线图像。

图片：A. Heddergott / TUM

另外，使用暗视X 射线技术进行胸部检查所受到的辐射剂量要远远低于目前广泛使用的CT技术。原因显而易见，不同于CT法需要大量地在X光下曝光拍摄各个角度的图像，暗场新技术只需要对每位患者进行一次曝光，预计辐射暴露量将减少至50分之一。此外，第一个临床结果已经证实，暗场 X 射线图能够提供有关肺底层微观结构的额外信息。鉴于肺泡结构的好坏与肺功能状况息息相关，这种功能对肺部医学的研究具有重要意义。暗场X射线新技术将在未来大大改善COPD及其他呼吸道疾病的早期检查。

为疾病的早期检查提供更好的设备

Franz Pfeiffer 教授希望这些对患者的初步临床结果将推动更深入的临床研究并加速基于暗场X射线成像新技术的医疗设备的研发和商业化。

由于暗场成像的应用范围并不仅仅局限于慢性阻塞性肺疾病(COPD)，它对其他如肺纤维化、气胸、肺癌和肺炎（包括 COVID-19）等肺部疾病的进一步研究也具有重大意义。

参考信息：

Pfeiffer, Franz, et al. "Hard-X-ray dark-field imaging using a grating interferometer." Nature materials 7.2 (2008): 134-137.

Willer, Konstantin, et al. "X-ray dark-field chest imaging for detection and quantification of emphysema in patients with chronic obstructive pulmonary disease: a diagnostic accuracy study." The Lancet Digital Health 3.11 (2021): e733-e744.

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