量子物理学能帮助检测癌性肿瘤吗？

目前用于检测和追踪癌性肿瘤的技术是有限的。 MRI （磁共振成像）通常用于筛查不同类型的癌症，但并不总能发现所有癌症。 根据 一篇文章， 大约 58% 的乳腺癌 MRI 解释可能会忽略至少一种潜在肿瘤。 虽然不是所有的扫描都在寻找肿瘤，但仍然会引起足够的模糊和误解，患者可能会担心。 为了解决这个问题，慕尼黑工业大学的研究人员（慕尼黑) 正在努力通过使用称为超极化的特殊量子过程来改善 MRI 成像。

什么是超极化？

在量子尺度上，许多原子和分子具有特定的 旋转， 这意味着它们的原子核或电子可能以特定方式移动。 使用磁场，MRI 机器可以获取这些分子的自旋以制作图像。 科学家们可以通过以下方式控制这些自旋的方向 极化， 磁场，有时是电场，迫使原子以某种方式旋转。 在超极化中，原子沿极端方向旋转，远远超出正常量。 如果所有的自旋都在一个方向上对齐，则 MRI 可以检测到具有更强信号的原子，从而获得更高的准确性和更好的分辨率。

追踪肿瘤

实际对齐所有自旋并使分子进入的过程 超极化 可能很难。 为了使这个过程更容易，研究人员使用一种特殊的氢磁态，称为仲氢，试图为 MRI 机器产生更强的信号。 据教授介绍 弗朗茨席林 慕尼黑工业大学：“仲氢是氢的一种特殊自旋态，它比氢的另一种自旋态正氢处​​于较低的能量状态。” 由于其特殊的自旋状态，仲氢是在非常低的温度下使用液氮生产的。

然而，由于其量子动力学，仲氢无法通过 MRI 机器测量。 但是，它可以引起其他分子的超极化，从而促进 灵敏度 的 MRI 扫描。 使用仲氢，研究人员能够超极化丙酮酸，这是一种肿瘤产生的代谢产物。 通过跟踪核磁共振扫描中丙酮酸的位置，研究人员可以估计癌性肿瘤的位置。 将仲氢和无线电波刺激相结合，研究人员能够超极化丙酮酸的碳原子，在 MRI 扫描中看到更强的信号。

癌性肿瘤的技术

由于结果提示了一种更有效的癌性肿瘤筛查方法，研究人员希望这种方法能在未来得到应用。 “临床仲氢偏振器可能提供一种安全、稳健且广泛适用的技术来增强核自旋信号以进行代谢成像，” 先令博士 添加。 “代谢成像有望评估癌症治疗的早期反应和癌前病变的早期检测。” 有了这些结果，一组研究人员正在努力创建超极化器的原型，帮助为更有效的筛查铺平道路，这反过来可能会挽救更多的生命。

Kenna Hughes-Castleberry 是 Inside Quantum Technology 的特约撰稿人和 JILA（科罗拉多大学博尔德分校与 NIST 的合作机构）的科学传播者。 她的写作节奏包括深度技术、元宇宙和量子技术。