区域X射线相位衬度成像在肺癌诊断中的可行性评估：基于人体胸部模型的高分辨率三维CT研究

本研究针对肺癌早期诊断中传统影像技术对比度不足的难题，创新性地采用基于传播的X射线相位衬度成像（PB PC-CT）技术，结合区域兴趣（ROI）CT扫描策略，在人体胸部模型（Lungman）中实现了3.5 cm区域的高分辨率三维成像。通过优化X射线能量（50-80 keV）和传播距离（0-7 m），研究发现70 keV结合5 m传播距离可显著提升软组织对比度（CNR达21.21）和空间分辨率（118 μm），为<1 cm肺结节的无创表征提供了新思路，有望减少活检需求并改善患者预后。

　　

肺癌是全球癌症相关死亡的首要原因，但现有影像技术对早期微小肿瘤的检测能力有限。传统CT的空间分辨率仅0.5-1.0 mm，难以清晰表征<1 cm的肺结节，导致患者常需接受侵入性活检。这一临床困境催生了澳大利亚同步辐射中心IMBL团队的前沿探索——他们尝试将同步辐射级X射线相位衬度成像（Propagation-Based Phase-Contrast Imaging, PB PC）与区域兴趣CT（Region-of-Interest CT, ROI CT）技术结合，通过人体胸部模型实验验证该技术在肺癌早期诊断中的潜力。这项突破性研究发表于《Scientific Reports》，为无创肺癌诊断开辟了新路径。

研究团队采用多学科交叉技术方案：首先使用可模拟真实人体组织特性的Lungman胸部模型（含-800至+100 HU的模拟肿瘤），在澳大利亚同步辐射中心IMBL线站进行实验；通过系统测试不同X射线能量（50-80 keV）和样本-探测器传播距离（0-7 m），采用Paganin相位恢复算法处理投影数据；针对ROI CT特有的杯状伪影，创新性应用零填充技术和二阶多项式校正；最后通过对比度噪声比（CNR）、空间分辨率（SR）和综合质量指标（Q=CNR/SR）量化成像效果。

X射线能量和传播距离优化
实验数据显示，70 keV X射线结合5 m传播距离能实现最佳平衡：CNR达19.37，空间分辨率6.57像素（118 μm），Q值2.95。相位衬度效应使-630 HU的低密度肿瘤纹理清晰可见，远超传统CT的辨识能力。

ROI相关伪影校正
针对ROI CT特有的杯状伪影和环形伪影，团队开发了三级处理流程：原始FBP重建后，先用Vo算法消除环形伪影，再通过25%过零填充转移伪影区域，最后用二阶多项式校正残余杯状效应。

剂量局部化优势
蒙特卡洛模拟显示，3.5 cm ROI扫描的均值吸收剂量仅为全肺CT的2%（骨0.061、软组织0.014、肺组织0.017），证实该技术具有显著的剂量学优势。

这项研究首次在人体尺度验证了PB PC-CT结合ROI策略的可行性。其核心突破在于：① 通过相位衬度效应将肺组织界面灵敏度提升至亚毫米级；② 创新的ROI处理流程使局部成像剂量降低98%；③ 确立70 keV/5 m为最佳参数组合，空间分辨率达118 μm。这些发现为开发临床级肺结节诊断系统奠定了物理基础，未来通过同步动态呼吸门控技术优化，有望实现20秒内的快速扫描，推动该技术从同步辐射源向常规X光源转化。正如作者Lucy Costello强调的，这项技术或将改变当前肺癌"观察等待"的诊疗模式，使更多患者在肿瘤可治愈阶段获得明确诊断。