新的X射线测量方法可以改善CT扫描仪

美国国家标准与技术研究院(NIST)科学家提出的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，通过改善医生之间的沟通来潜在地简化患者治疗。

该方法在PLOS ONE期刊的一篇研究论文中有详细说明，该方法可以测量CT产生的X射线束是如何以允许来自不同设备的扫描相互比较的方式进行测量的。它还提供了一条途径，通过创建CT中使用的单位的更精确定义来创建与国际单位制(SI)相关的第一个CT测量标准 - 这是该领域所缺乏的。

“如果技术界能就定义达成一致，那么供应商可以创建可互换的测量结果，”NIST的物理学家Zachary Levine说道，他是该论文的作者之一。“现在，校准不是那么彻底。”

一个物体阻挡X射线的能力 - 它的“无线电密度” - 以Hounsfield Units(HUs)测量，以获得诺贝尔奖的共同发明者CT命名。每个放射设施必须定期执行的CT机的校准涉及扫描称为体模的已知无线电密度的物体，并检查这些测量是否给出正确数量的HU。

一个问题是CT扫描仪的管 - 基本上是它的X射线产生“灯泡” - 产生的光束是白光的X射线版本，充满了与其能量相对应的不同波长的光子。(如果人眼可以看到X射线，你可以将管子的光束穿过棱镜看到它会变成一系列颜色。)因为光子的穿透能力取决于它的能量，所以光束对模体的整体影响必须达到被平均，使定义校准变得具有挑战性。

使情况更加复杂的是管的X射线光必须根据扫描类型而改变。更密集的身体部位需要更多的穿透X射线，因此该管具有一种颜色开关，允许其操作者调整管电压以匹配工作。调节电子管的电压会改变光束的光谱，使其介于“冷白”和“暖白”灯泡之间。可变频谱使得确保校准对所有电压都正确变得更加困难。

将这些复杂情况添加到各种CT机制造商之间存在的差异中，对于想要将任何给定扫描仪的校准链接到通用标准的任何人来说，您会遇到很多麻烦。但如果可以做到，对工业和医药都会产生深远的利益。

“无论您使用何种CT机器，何时都需要可互换的答案，”Levine说。“首先，你希望医生能够在医院之间进行沟通。假设患者需要跟进，但是远离家乡，或者同一台扫描仪进行了软件升级，改变了HU的数量。如果可以的话准确衡量，你无法改善你的技术。“

Levine说，更好的校准可以使诊断更有效，成本更低。

“扫描仪之间更好的比较可能使我们能够确定疾病的截止点 - 例如肺气肿得到特定的Hounsfield评分或更低，”他说。“CT扫描通常会发现可能癌症的可疑增长，医生通常会将MRI作为后续检查。我们可能不需要第二次手术。”

NIST团队必须克服管道广泛的X射线光谱和管电压设置所带来的不确定性。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比较模型的辐射密度。该比较将有助于将HU与每立方米的摩尔数相关联，这两个都是SI单位。

“执行这个想法很棘手，因为痣的体积取决于给定化学分子的大小，”莱文说。“例如，一摩尔的盐比一摩尔的碳占据更多的空间。粉末中的空气代表了进一步的复杂化。”

除了数学爱好者之外，诡计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征，但整个体模创造了一个13维空间，使数据分析变得复杂。幸运的是，该团队能够使用数据科学众所周知的线性代数技术将数据简化为二维，这更易于管理。

“基本上，我们已经证明你可以创造出任何设计工程师都可以击中的CT扫描仪性能目标，”Levine说。“几十年来，制造商已经在他们的机器上获得了不同的答案，因为没有人告诉他们的工程师如何处理X射线光谱。只需要对现有实践进行一些小改动就可以统一他们的测量结果。”