近日，首都医科大学附属北京友谊医院王振常院士团队与清华大学工程物理系王振天课题组合作，在光学领域期刊Optica发表研究成果，成功搭建起X射线暗场信号向临床微结构尺寸定量测量转化的技术路径，为肺气肿等肺部疾病的精准评估提供了全新量化依据。

肺部疾病是威胁人类健康的重大公共卫生问题。以慢性阻塞性肺疾病（COPD）为例，该病已位列全球第三大死因，其典型病变肺气肿的核心特征是肺泡进行性增大。作为反映病情的关键指标，肺泡属于介观微结构，尺寸远低于常规X射线CT的分辨极限，传统成像技术难以对这类“亚分辨”改变做出定量评估。

基于微纳光栅的X射线多特性成像曾为这一难题带来转机：X射线穿过肺泡等微小结构时会产生小角散射，由此得到的"暗场信号"恰好编码了亚分辨尺度的结构信息；相比仅依赖射线衰减的传统吸收成像，对肺泡层面的早期病变敏感度更高。但长期以来，暗场信号仅能实现“半定量”分析，即比较信号相对强弱，难以换算出肺泡的实际尺寸，核心瓶颈在于临床条件下信号与微观尺寸之间缺乏确定的定量对应关系。一个自然的设想是借鉴双能CT的"物质分解"思路,尝试用两种能量下的暗场信号,实现微观尺寸定量识别，但研究证实该方法并不适用：对于成分相同、仅尺寸有差异的微结构（恰如正常肺泡与肺气肿肺泡），不同能量下的暗场信号呈线性相关，双能信息高度冗余，分解求解极不稳定。

针对这一技术瓶颈，北京友谊医院王振常院士团队与清华大学合作，以自然密堆积的PMMA微球作为肺微结构模型（200μm与400μm微球的暗场信号分别接近健康肺与肺气肿组织），在结构尺寸远大于系统“自相关长度”的临床常见条件下，证明了线扩散系数与微球直径的反比关系；由此，未知微球的线扩散系数可由两种合适的已知"基微球"线性叠加表示，从而反解出其直径。针对双能失效的难题，团队进一步提出单能的“结构分解”新范式，利用同种材料线扩散系数与线衰减系数的非线性关系，联合暗场与吸收信号完成对物质微观结构尺寸的定量测量。

其临床意义在于：两种“基微球”分别对应健康与肺气肿状态的肺组织，将未知肺区的信号分解至二者之上，即可通过等效肺泡尺寸定量判断病变程度，有望为肺气肿等疾病的客观分级与分期提供量化支撑，突破了以往仅能比较信号强弱的“半定量”判读局限。

论文第一作者为清华大学工程物理系博士生门龙超，通讯作者为首都医科大学附属北京友谊医院王振常院士和清华大学工程物理系王振天副教授。研究得到国家自然科学基金重大科研仪器研制项目和北京市自然科学基金资助。