它通常用於研究合金和複合材料,觀察蛋白質的分子結構,以及在不打碎石頭的情況下,研究內部的化石骨骼。
喬尼克和阿克曼想用它對人體器官進行世界上最精密的X射線掃描,負責加速器技術的保羅·塔福羅(Paul Tafforeau)說,這應該能做到。

(保羅·塔福羅)
前不久,ESRF完成了對「極端明亮X射線源」(簡稱EBS)的升級,它能射出世界上最亮的X射線,威力是普通醫用X射線的10萬億倍,是上一代X射線源的100倍。
EBS能對複雜物體進行原子級別的成像,掃描後生成三維模型,內部的結構一清二楚。

(ESRF的粒子加速器)
普通醫用X射線之所以難以呈現清晰的人體器官,是因為X射線靠不同物質的吸收量來作圖,重的元素吸收得比輕元素多。
而人體組織主要由輕元素組織(比如碳、氫、氧),所以很難區分。
但EBS沒有這個問題,因為它的射線非常同步,以相同的頻率和對齊方式前進。
當X射線穿過物體時,細微的密度差異會導致射線的路線稍微偏移,在離物體越遠的位置,這種差異就越容易被檢測到。
所以,哪怕是輕元素,EBS仍然可以清晰描繪軟組織的內部圖像。

(用HiP-CT技術,在EBS射線源下掃描出來的94歲女性心臟)
唯一的問題,是人體組織很難被固定,如果掃描期間它出現千分之一毫米以上的移動,最終的圖像都可能是錯誤的,因為射線無法對齊。
想清楚這些事後,塔福羅開始研究如何把器官固定在容器里。
他在從海藻中提取出一種凝膠,裏面放入大量乙醇,然後從屠宰場找來豬內臟,將它包裹起來。
接着,在多種研究化石的技術之上,他研發出一個叫HiP-CT的掃描技術,這個技術可以掃描整個器官,也可以放大任何感興趣的部位,直到細胞程度。




(用HiP-CT掃描出的大腦可以不斷放大)


去年5月,塔福羅用HiP-CT掃描了豬肺,看上去沒有問題。
然後,他掃描了一名剛剛死於新冠的54歲男子的左肺,把照片發給喬尼克和阿克曼。
就是文章開頭的那一張

看到照片的李驚嘆了,塔福羅給的是一個肺部的三維圖像,可以任意把自己想看的地方放大,「信息量是醫學CT的一百萬倍」。
HiP-CT技術使人體掃描的解像度達到25微米,比人的頭髮還細,
在選擇要放大的區域後,它還能達到單微米級解像度,是醫學CT解像度的100倍!

(可以放大到細胞結構的肺部掃描圖)
「當我們第一次看到圖時,所有人都陷入沉默。」沃爾什說,「之前,沒人看過如此詳細的人體器官圖。」
三維圖像顯示肺部的血管出現擴展和腫脹,還形成異常的微型血管束,這對新冠病毒的了解更近一步。
這張看上去頗為可怕的圖,也成功讓研究人員說服他們的親友接種疫苗。

(研究員在分析HiP-CT掃出的圖像)
HiP-CT的工作還沒有停止,塔福羅的團隊建立了一個人體器官圖譜計劃,希望將所有器官都掃描一遍,把三維圖像放到雲端,讓所有醫學研究者都可以看。這些圖就相當於人體的谷歌地圖。
目前,團隊已經發佈了心臟、大腦、腎臟、肺和脾臟的三維圖,完成對另外30種器官的掃描,還有80種器官在排隊等候中。

(HiP-CT掃描出的5種器官)
這項技術對了解疾病相當寶貴,已經有40多個研究小組聯繫他們,希望他們能幫忙掃。
HiP-CT團隊還在測試ESRF的最新光束設備,叫BM18,它能產生更大的X射線束,意味着掃描所需的時間更短。
BM18的效果也很好,他們計劃在2023年底之前,掃描出整個人體。
原本,人類還需要靠繪畫做出器官結構圖,現在只需要半天時間,就能得到一張真實的器官圖。
人類離了解自己更進了一步……


















