新的x光测量方法可以改进CT扫描仪

美国国家标准与技术研究所(NIST)的科学家提出了一种新的测量方法，可以更好地校准计算机断层扫描(CT)扫描仪，并有可能通过改善医生之间的沟通来简化患者治疗。

这种方法在《PLOS一号》杂志的一篇研究论文中有详细描述。这种方法可以测量如何测量由计算机断层扫描产生的x光束，从而允许来自不同设备的扫描相互比较。它还提供了一种创建与国际单位制(SI)相关的第一个CT测量标准的方法，即创建CT中使用的单位的更精确定义，这是该领域所缺乏的。

“如果技术团体能够就定义达成一致，那么供应商就可以创建可互换的测量结果，”NIST大学的物理学家、论文作者之一扎卡里莱文说。“现在，校准还没那么彻底。”

一个物体阻挡X射线的能力——它的“无线电密度”——由Hounsfield Units(HUs)测量，并以获得诺贝尔奖的共同发明人ct的名字命名。每个放射机构必须定期进行的CT机校准包括扫描具有已知无线电密度的物体(称为体模)，并检查这些测量值是否给出了正确的Hu数。

一个问题是，CT扫描仪的管子——基本上是它的X射线产生“灯泡”——产生X射线版本的白光，充满了与其能量相对应的不同波长的光子。(如果人眼能看到X射线，你可以把管的光束通过棱镜，看到它会变成一系列的颜色。)由于光子的穿透能力取决于其能量，因此必须对光束对模体的整体影响进行平均，这使得定义校准具有挑战性。

为了使情况进一步复杂化，必须根据扫描类型改变管的x光。更密集的身体部位需要更具穿透力的X射线，因此试管有一个颜色开关，允许其操作员调整试管电压以匹配工作。调节电子管的电压会改变“冷白”和“暖白”灯泡之间的光束光谱。可变频谱使得更难确保所有电压的校准都是正确的。

将这些复杂因素加上各种CT机制造商之间的差异，对于任何想要将任何给定扫描仪的校准与通用标准联系起来的人来说，您都会遇到很多麻烦。但如果能够做到，将会给工业和医药带来深远的利益。

莱文说：“不管你用什么CT机，你总是需要可互换的答案。“首先，你要医生在医院之间沟通。假设患者需要随访，但是离家很远，或者同样的扫描仪在软件上已经升级，从而改变了HUS号。如果你能精确地测量它，你就不能提高你的技术。”

莱文说，更好的校准可以使诊断更有效、更便宜。

他说：“扫描仪之间更好的比较可能使我们能够确定疾病的分界点——例如特定Hounsfield评分或更低的肺气肿。“CT扫描通常会发现可疑生长的可能癌症，医生通常会使用MRI作为后续检查。我们可能不需要第二次手术。”

NIST团队必须克服由管道的广泛X射线光谱和管电压设置引起的不确定性。他们的想法是用身体中常见的不同浓度的粉末化学物质填充几个模型，并使用CT来比较模型的辐射密度。这种比较将有助于将HU与每立方米摩尔数联系起来，两者都是国际单位制。

莱文说：“实现这个想法很棘手，因为摩尔体积取决于给定化学分子的大小。“例如，一摩尔盐比一摩尔碳占据更多的空间。粉末中的空气代表着进一步的复杂性。”

除了数学爱好者之外，这个技巧几乎让所有人都感到畏缩：混合物中的每种化学物质都可以用两个数字来表示，但整个幻影创造了一个13维的空间，这使得数据分析变得复杂。幸运的是，该团队可以使用数据科学中众所周知的线性代数技术将数据简化为两个维度，这更容易管理。

莱文说：“基本上，我们已经证明，你可以创造任何设计工程师都能达到的CT扫描仪的性能目标。“几十年来，制造商在他们的机器上得到了不同的答案，因为没有人告诉他们的工程师如何处理X射线光谱。只需要对现有的实践进行微小的改变，就可以统一它们的测量结果。”

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