據New Atlas報道，一項突破性的新成像技術利用先進粒子加速器產生的X射線，以前所未有的細節提供整個器官的3D圖像。研究人員在展示這項技術時，對一名已故的COVID-19患者的肺部進行了成像，揭示了這種疾病如何破壞血氧的新見解。
這項新技術被稱為層次相差斷層掃描（HiP-CT），它是一種X射線技術，可以對整個器官進行成像，分辨率達到1微米，或者是傳統CT掃描分辨率的100倍。
成像方面的進步來自於歐洲同步輻射光源（ESRF）的技術升級。這個先進的粒子加速器最近得到了改進，被稱為極亮源升級（ESRF-EBS）。
這次EBS升級創造了世界上第一個第四代同步加速器，使其成為世界上最亮的X射線源。這使X射線的性能在“亮度和相干性 ”方面增加了100倍。而這個設備產生的X射線比傳統醫院的X射線中的亮度高1000億倍。
“開發這種新的HiP-CT技術的想法是在全球大流行病開始后產生的，通過結合ESRF用於大型化石成像的幾種技術，並利用ESRF新的極亮源ESRF-EBS的更高靈敏度，”ESRF的首席科學家Paul Tafforeau解釋說。“這使我們能夠以三維方式看到一個完整的人體器官內令人難以置信的小血管，使我們能夠以三維方式將血管與周圍組織區分開來，甚至能夠觀察到一些特定的細胞。”
利用這項新技術，由倫敦大學學院的研究人員領導的一個團隊正在啟動一個名為 Human Organ Atlas的項目。領導這個項目的Peter Lee說，人體器官圖譜的目標是填補我們對人體解剖學理解的空白。
Peter說：“臨床CT和MRI掃描可以分辨到一毫米以下，而組織學（在顯微鏡下研究細胞/活檢切片）、電子顯微鏡（使用電子束生成圖像）和其他類似技術可以分辨出亞微米級精度的結構，但只能在一個器官的小型組織活檢中進行。HiP-CT在三維中連接了這些尺度，對整個器官進行成像，為我們的生物構成提供新的見解。”
Human Organ Atlas將是一個免費的在線資源，它啟動時顯示了幾個關鍵的人體器官，包括大腦、腎臟、心臟和脾臟。該項目還提供了健康肺部與已故COVID-19患者的肺部進行對比的成像。
COVID-19惡化的一個基本病理標誌是血液含氧量急劇下降，HiP-CT成像揭示了對這種情況如何通過一個被稱為”分流”的過程發生的見解。以前曾假設COVID-19通過增加肺部的分流水平降低血氧率，但這是該過程的第一個直接證據。
漢諾威醫學院從事該項目的研究員Danny Jonigk說：“通過將我們的分子方法與受COVID-19肺炎影響的肺部的HiP-CT多尺度成像相結合，我們獲得了一個新的理解，即在COVID-19受傷的肺部，肺部兩個血管系統的血管之間如何發生分流，以及它對我們循環系統中氧氣水平的影響。”
HiP-CT旨在為醫生提供一個記錄不同疾病如何影響各種器官的圖像庫。這種從未見過的結構數據說明了疾病如何影響組織結構，其分辨率可小至一微米。
倫敦大學學院從事該項目的機械工程師Claire Walsh說，詳細的圖像將與機器學習技術一起使用，以提高從臨床成像（如MRI和CT掃描）中獲得的洞察力。除了幫助更好地校準和改進這些現有技術外， Walsh認為HiP-CT數據將幫助研究人員開發能夠澄清MRI和CT成像的AI系統。
Walsh表示：“像這樣跨尺度觀察器官的能力，對醫學成像來說確實是革命性的。當我們開始通過人工智能技術將我們的HiP-CT圖像與臨床圖像聯繫起來時，我們將第一次能夠高度準確地驗證臨床圖像中模糊的發現。”
一項報告HiP-CT的新研究發表在《自然-方法》雜誌上。