新的x光測(cè)量方法可以改進(jìn)CT掃描儀

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的科學(xué)家提出了一種新的測(cè)量方法，可以更好地校準(zhǔn)計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)掃描儀，并有可能通過(guò)改善醫(yī)生之間的溝通來(lái)簡(jiǎn)化患者治療。

這種方法在《PLOS一號(hào)》雜志的一篇研究論文中有詳細(xì)描述。這種方法可以測(cè)量如何測(cè)量由計(jì)算機(jī)斷層掃描產(chǎn)生的x光束，從而允許來(lái)自不同設(shè)備的掃描相互比較。它還提供了一種創(chuàng)建與國(guó)際單位制(SI)相關(guān)的第一個(gè)CT測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的方法，即創(chuàng)建CT中使用的單位的更精確定義，這是該領(lǐng)域所缺乏的。

“如果技術(shù)團(tuán)體能夠就定義達(dá)成一致，那么供應(yīng)商就可以創(chuàng)建可互換的測(cè)量結(jié)果，”NIST大學(xué)的物理學(xué)家、論文作者之一扎卡里萊文說(shuō)?！艾F(xiàn)在，校準(zhǔn)還沒(méi)那么徹底?！?

一個(gè)物體阻擋X射線(xiàn)的能力——它的“無(wú)線(xiàn)電密度”——由Hounsfield Units(HUs)測(cè)量，并以獲得諾貝爾獎(jiǎng)的共同發(fā)明人ct的名字命名。每個(gè)放射機(jī)構(gòu)必須定期進(jìn)行的CT機(jī)校準(zhǔn)包括掃描具有已知無(wú)線(xiàn)電密度的物體(稱(chēng)為體模)，并檢查這些測(cè)量值是否給出了正確的Hu數(shù)。

一個(gè)問(wèn)題是，CT掃描儀的管子——基本上是它的X射線(xiàn)產(chǎn)生“燈泡”——產(chǎn)生X射線(xiàn)版本的白光，充滿(mǎn)了與其能量相對(duì)應(yīng)的不同波長(zhǎng)的光子。(如果人眼能看到X射線(xiàn)，你可以把管的光束通過(guò)棱鏡，看到它會(huì)變成一系列的顏色。)由于光子的穿透能力取決于其能量，因此必須對(duì)光束對(duì)模體的整體影響進(jìn)行平均，這使得定義校準(zhǔn)具有挑戰(zhàn)性。

為了使情況進(jìn)一步復(fù)雜化，必須根據(jù)掃描類(lèi)型改變管的x光。更密集的身體部位需要更具穿透力的X射線(xiàn)，因此試管有一個(gè)顏色開(kāi)關(guān)，允許其操作員調(diào)整試管電壓以匹配工作。調(diào)節(jié)電子管的電壓會(huì)改變“冷白”和“暖白”燈泡之間的光束光譜。可變頻譜使得更難確保所有電壓的校準(zhǔn)都是正確的。

將這些復(fù)雜因素加上各種CT機(jī)制造商之間的差異，對(duì)于任何想要將任何給定掃描儀的校準(zhǔn)與通用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來(lái)的人來(lái)說(shuō)，您都會(huì)遇到很多麻煩。但如果能夠做到，將會(huì)給工業(yè)和醫(yī)藥帶來(lái)深遠(yuǎn)的利益。

萊文說(shuō)：“不管你用什么CT機(jī)，你總是需要可互換的答案?！笆紫?，你要醫(yī)生在醫(yī)院之間溝通。假設(shè)患者需要隨訪(fǎng)，但是離家很遠(yuǎn)，或者同樣的掃描儀在軟件上已經(jīng)升級(jí)，從而改變了HUS號(hào)。如果你能精確地測(cè)量它，你就不能提高你的技術(shù)?！?

萊文說(shuō)，更好的校準(zhǔn)可以使診斷更有效、更便宜。

他說(shuō)：“掃描儀之間更好的比較可能使我們能夠確定疾病的分界點(diǎn)——例如特定Hounsfield評(píng)分或更低的肺氣腫?！癈T掃描通常會(huì)發(fā)現(xiàn)可疑生長(zhǎng)的可能癌癥，醫(yī)生通常會(huì)使用MRI作為后續(xù)檢查。我們可能不需要第二次手術(shù)。”

NIST團(tuán)隊(duì)必須克服由管道的廣泛X射線(xiàn)光譜和管電壓設(shè)置引起的不確定性。他們的想法是用身體中常見(jiàn)的不同濃度的粉末化學(xué)物質(zhì)填充幾個(gè)模型，并使用CT來(lái)比較模型的輻射密度。這種比較將有助于將HU與每立方米摩爾數(shù)聯(lián)系起來(lái)，兩者都是國(guó)際單位制。

萊文說(shuō)：“實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法很棘手，因?yàn)槟栿w積取決于給定化學(xué)分子的大小。“例如，一摩爾鹽比一摩爾碳占據(jù)更多的空間。粉末中的空氣代表著進(jìn)一步的復(fù)雜性?！?

除了數(shù)學(xué)愛(ài)好者之外，這個(gè)技巧幾乎讓所有人都感到畏縮：混合物中的每種化學(xué)物質(zhì)都可以用兩個(gè)數(shù)字來(lái)表示，但整個(gè)幻影創(chuàng)造了一個(gè)13維的空間，這使得數(shù)據(jù)分析變得復(fù)雜。幸運(yùn)的是，該團(tuán)隊(duì)可以使用數(shù)據(jù)科學(xué)中眾所周知的線(xiàn)性代數(shù)技術(shù)將數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為兩個(gè)維度，這更容易管理。

萊文說(shuō)：“基本上，我們已經(jīng)證明，你可以創(chuàng)造任何設(shè)計(jì)工程師都能達(dá)到的CT掃描儀的性能目標(biāo)。“幾十年來(lái)，制造商在他們的機(jī)器上得到了不同的答案，因?yàn)闆](méi)有人告訴他們的工程師如何處理X射線(xiàn)光譜。只需要對(duì)現(xiàn)有的實(shí)踐進(jìn)行微小的改變，就可以統(tǒng)一它們的測(cè)量結(jié)果?！?

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