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超快激光构建微型X射线光源捕捉生物组织3D图

  来自慕尼黑大学马克斯普朗克研究所量子光学和德国慕尼黑理工大学(全都位于德国慕尼黑)研究人员,使用超快激光激发X光线和位相对比X射线断层成像术再现生物体软组织3D图像。

  马克斯普朗克研究所量子光学阿秒物理实验室和德国慕尼黑理工大学的研究人员首次通过激光光束构造了一个微型X射线源捕捉活物超细节3D结构图。科学家利用光激发辐射结合位相对比X射线断层成像术,可以看见仅数厘米的苍蝇软体组织超精细细节。到目前为止,这种射线只能通过非常昂贵的直径数千公里的环形加速器才可以实现。相比之下,激光驱动系统结合位相对比X射线断层成像术只需要一个大学实验室就可以观看软组织3D图。这种新型成像法比当今的技术更加方便,未来可提高医学应用成本效率,节约空间。

  当物理教授Stefan Karsch 和Franz Pfeiffer 教授用X射线照亮一个小苍蝇时,图像捕捉到了该苍蝇翅膀上极细的毛发。然后科学家们结合激光脉冲和位相对比X射线断层成像术产生的X射线观察软组织结构时,产生的图像以3D图形展示了苍蝇前所未有细节。

  实验所需的X射线由被持续约25fs的激光脉冲加速至接近光速的电子激发产生,其激光脉冲能量达到近 80 TW (80 × 1012W)。

  

(这是一个利用超快激光X射线断层成像术成像的苍蝇图像。此图包括约1500个独立图像,即使最精细处也是以3D细节呈现。在常规X射线照射下则看不见这些细节。)

  这项技术因为可以辨认组织密度而激起了医学应用的浓厚兴趣。比如,健康细胞就比癌细胞厚,这项技术有利于医生辨认癌细胞。未来,医生可以通过这项技术发现早期只有1毫米直径大小的肿瘤,防止肿瘤扩散恶化。然而为了达到这个目的,科学家必须缩短该X射线的波长以深入穿透更厚的组织层。

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