高能X射线相位衬度CT在成人胸部模型成像中的突破性研究

本研究针对传统X射线成像在成人肺部检查中辐射剂量高、软组织对比度不足的问题，开发了基于同步辐射的高能（50-80keV）传播相位衬度CT技术。澳大利亚同步加速器IMBL团队通过胸部模型（LungMan）实验证实，光子计数探测器Eiger在70keV和7.5m传播距离下可实现160倍剂量缩减因子（DRF），为临床成人肺部低剂量筛查提供了新方案。

　　

在医学影像领域，传统X射线成像技术面临两大挑战：高辐射剂量带来的健康风险，以及软组织对比度不足导致的早期病变漏诊。特别是在肺癌筛查中，现有低剂量CT虽能降低辐射，但仍可能遗漏微小病灶。这一矛盾在成人胸部成像中尤为突出，因为需要更高能量的X射线（通常120-140kV）穿透厚实的人体组织，而高能X射线又会削弱传统吸收衬度的成像效果。

澳大利亚同步加速器（Australian Synchrotron）IMBL研究团队在《Scientific Reports》发表的研究中，创新性地将传播基相位衬度成像（Propagation-Based Imaging, PBI）技术拓展至成人胸部尺度。研究人员采用含钙化结构的仿生胸部模型（LungMan），通过双探测器（Xineos 3030HR与EIGER2 CdTe 3M-W）对比实验，系统评估了50-80keV能谱范围内不同传播距离（0.25-7.5m）的成像质量。关键技术包括：单色化同步辐射光源、基于Paganin算法的相位恢复、蒙特卡洛剂量模拟，以及自主开发的FILESWELL边缘分析工具。

探测器与模型选择

研究首先验证了光子计数探测器Eiger在7.5m距离下能清晰捕捉相位条纹（

），而传统积分探测器Xineos则无法呈现这些特征。通过树状结构与泡沫插入物的对比，确认树状模型更适合作为质量评估载体。

材料相位特性表征

采用改进误差函数模型（式5）量化了模型软组织等效材料的折射率虚部δ，发现其与ICRP 89标准软组织参考值高度吻合（

），证实该模型可用于相位衬度研究。

能量与距离优化

基于三维成像质量指标Q_bio,3D分析显示，70keV能量下可获得最佳信噪比（SNR=88±6Gy^-1/2）与空间分辨率（σ=75μm）。值得注意的是，成像质量随传播距离持续提升，7.5m时达到设备极限值，暗示将患者置于上游舱室（hutch 3A）可能带来额外收益。

这项研究首次在成人尺度验证了高能PBI-CT的临床可行性，其建立的160倍剂量缩减因子远超现有技术。特别值得注意的是，较高能量（70keV）既能保证穿透力，又使空气-软组织与软组织-骨界面的相位效应强度趋于平衡，避免了小动物研究中常见的骨结构过度模糊问题。研究者建议未来在更接近真实解剖结构的大型动物模型或人体标本上验证技术优势，并探索肺泡散射对成像质量的影响。该成果为同步辐射临床化迈出关键一步，有望重塑肺癌早期筛查的技术格局。