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分层相位对比层析成像（HiP-CT）
大多数简单的成像方法——包括传统的计算机断层扫描（CT）——涉及测量电磁波通过样品时的强度损失（衰减） 。 然而 ， 1953年 ， 荷兰物理学家弗里茨·泽尔尼克因开发了一种替代且可能更具启发性的成像方法而获得诺贝尔物理学奖 ， 该方法涉及测量电磁射线相位的变化 。
泽尔尼克的“相位对比”显微镜最初仅适用于可见光 。 但在1965年 ， 由于Ulrich Bonse和Michael Hart（美国康奈尔大学的两位物理学家）的工作 ， 它也开始扩展到X射线 ， 他们使用晶体干涉仪将相变转换为干涉模式 。
干涉仪的限制意味着 ， 通过日本筑立的Atsushi Momose和日本筑波大学Tohoru Takeda等人的努力 ， 生物样本的相位对比X射线成像必须等到20世纪90年代 。 大约在同一时间 ， 位于法国格勒诺布尔的欧洲同步加速器辐射设施的Anatoly Snigirev和其他人意识到 ， 他们可以在没有干涉仪的情况下从自由空间中高度相干同步加速器X射线的干扰中推断相变 。 通过在CT模式下结合许多传播相位对比2D图像 ， 他们能够对小型生物样本进行3D重建 ， 其细节远远超过临床CT扫描仪 。
随着2020年ESRF升级为“第四代”X射线源 ， “分层”相位对比CT（HiP-CT）成为可能 。 该实验室的超相干X射线提供了长达40米的超长传播距离的相位变化信息 ， 允许以微米分辨率以3D格式拍摄高达2.5米×1.5米大小的样本——包括人体、躯干甚至整个身体 。
然后 ， 在2020年 ， 发生了两件事 。 首先 ， ESRF完成了一个新的“第四代”源的调试 ， 使其成为世界上最亮的同步加速器实验室 。 在十多年的规划和构建中 ， Extremely Brilliant Source（EBS）提供的X射线比以前亮100倍 ， 在横向（水平）平面上具有100倍的连贯性 ， 使其在低能量下几乎像激光 。 EBS为断层扫描成像创造了奇迹 ， 使用户能够更详细地扫描更大的物体 。
当然 ， 2020年的第二个重大事件是COVID-19大流行 。 对许多科学家来说 ， 疫情使研究完全停止 。 不适合Tafforeau 。 出乎意料的是 ， 他接到了UCL的ESRF断层扫描常规用户Peter Lee的电话 ， Jonigg又联系了他 。 Lee想知道 ， ESRF能否帮助重建感染新冠肺炎后死亡者的肺组织样本？这是一个很好的问题 ， 几乎一夜之间 ， Tafforeau从研究古代化石转向人体器官 。
Tafforeau回忆道：“新冠肺炎疫情对许多人来说改变了很多事情 。 ”“他意识到 ， 我们最初为古生物学开发的几种成像技术可以在完整的人体器官上打开一个新的成像精度水平 。 然后 ， 在进一步开发这些技术的同时 ， 我们意识到它可能改变了一般生物成像的游戏规则” 。
Lee迅速组建了一个国际多学科团队 ， 看看可以做些什么：UCL和ESRF的同步加速成像科学家；UCL的数学家和计算机科学家；汉诺威生物银行的医学科学家 ， 以及德国美因茨大学和海德堡大学的医学科学家 。 随着新层析成像的明显潜力的增长 ， 合作的广度也在增加：它现在包括50多人 。
科学家称该技术为分层相位对比断层扫描（HiP-CT） ， 因为它能够为整个完整的器官提供3D重建 ， 然后可以在任何地方探索到细胞水平 。 因此 ， 该技术弥合了临床CT和MRI以及活检显微镜之间的鳞片差距 。 2021年11月 ， 该项目正式确定为人体器官地图集 ， 目标是提供所有人都可以访问的器官图像参考数据库 。

（图片来源：ESRF/Stef Candé）
更深入地看到伦敦大学学院的Claire Walsh（左）和法国格勒诺布尔欧洲同步辐射设施的Paul Tafforeau是开发分层相位对比断层扫描（HiP-CT）新成像技术的科学家之一 。 该技术最初用于扫描捐赠的人体器官 ， 包括死于新冠肺炎的患者的肺部 ， 是可缩放人体器官地图集计划的核心 。 它将提供整个完整器官的3D重建 ， 然后可以在任何地方探索到细胞水平 。

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