美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)科學(xué)家提出的一種新的測(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，通過改善醫(yī)生之間的溝通來潛在地簡(jiǎn)化患者治療。

該方法在PLOS ONE期刊的一篇研究論文中有詳細(xì)說明，該方法可以測(cè)量CT產(chǎn)生的X射線束是如何以允許來自不同設(shè)備的掃描相互比較的方式進(jìn)行測(cè)量的。它還提供了一條途徑，通過創(chuàng)建CT中使用的單位的更精確定義來創(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) - 這是該領(lǐng)域所缺乏的。

“如果技術(shù)界能就定義達(dá)成一致，那么供應(yīng)商可以創(chuàng)建可互換的測(cè)量結(jié)果，”NIST的物理學(xué)家Zachary Levine說道，他是該論文的作者之一。“現(xiàn)在，校準(zhǔn)不是那么徹底。”

一個(gè)物體阻擋X射線的能力 - 它的“無線電密度” - 以Hounsfield Units(HUs)測(cè)量，以獲得諾貝爾獎(jiǎng)的共同發(fā)明者CT命名。每個(gè)放射設(shè)施必須定期執(zhí)行的CT機(jī)的校準(zhǔn)涉及掃描稱為體模的已知無線電密度的物體，并檢查這些測(cè)量是否給出正確數(shù)量的HU。

一個(gè)問題是CT掃描儀的管 - 基本上是它的X射線產(chǎn)生“燈泡” - 產(chǎn)生的光束是白光的X射線版本，充滿了與其能量相對(duì)應(yīng)的不同波長(zhǎng)的光子。(如果人眼可以看到X射線，你可以將管子的光束穿過棱鏡看到它會(huì)變成一系列顏色。)因?yàn)楣庾拥拇┩改芰θQ于它的能量，所以光束對(duì)模體的整體影響必須達(dá)到被平均，使定義校準(zhǔn)變得具有挑戰(zhàn)性。

使情況更加復(fù)雜的是管的X射線光必須根據(jù)掃描類型而改變。更密集的身體部位需要更多的穿透X射線，因此該管具有一種顏色開關(guān)，允許其操作者調(diào)整管電壓以匹配工作。調(diào)節(jié)電子管的電壓會(huì)改變光束的光譜，使其介于“冷白”和“暖白”燈泡之間?？勺冾l譜使得確保校準(zhǔn)對(duì)所有電壓都正確變得更加困難。

將這些復(fù)雜情況添加到各種CT機(jī)制造商之間存在的差異中，對(duì)于想要將任何給定掃描儀的校準(zhǔn)鏈接到通用標(biāo)準(zhǔn)的任何人來說，您會(huì)遇到很多麻煩。但如果可以做到，對(duì)工業(yè)和醫(yī)藥都會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的利益。

“無論您使用何種CT機(jī)器，何時(shí)都需要可互換的答案，”Levine說。“首先，你希望醫(yī)生能夠在醫(yī)院之間進(jìn)行溝通。假設(shè)患者需要跟進(jìn)，但是遠(yuǎn)離家鄉(xiāng)，或者同一臺(tái)掃描儀進(jìn)行了軟件升級(jí)，改變了HU的數(shù)量。如果可以的話準(zhǔn)確衡量，你無法改善你的技術(shù)。“

Levine說，更好的校準(zhǔn)可以使診斷更有效，成本更低。

“掃描儀之間更好的比較可能使我們能夠確定疾病的截止點(diǎn) - 例如肺氣腫得到特定的Hounsfield評(píng)分或更低，”他說。“CT掃描通常會(huì)發(fā)現(xiàn)可能癌癥的可疑增長(zhǎng)，醫(yī)生通常會(huì)將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)必須克服管道廣泛的X射線光譜和管電壓設(shè)置所帶來的不確定性。他們的想法是用身體中常見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比較模型的輻射密度。該比較將有助于將HU與每立方米的摩爾數(shù)相關(guān)聯(lián)，這兩個(gè)都是SI單位。

“執(zhí)行這個(gè)想法很棘手，因?yàn)轲氲捏w積取決于給定化學(xué)分子的大小，”萊文說。“例如，一摩爾的鹽比一摩爾的碳占據(jù)更多的空間。粉末中的空氣代表了進(jìn)一步的復(fù)雜化。”

除了數(shù)學(xué)愛好者之外，詭計(jì)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)字來表征，但整個(gè)體模創(chuàng)造了一個(gè)13維空間，使數(shù)據(jù)分析變得復(fù)雜。幸運(yùn)的是，該團(tuán)隊(duì)能夠使用數(shù)據(jù)科學(xué)眾所周知的線性代數(shù)技術(shù)將數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化為二維，這更易于管理。

“基本上，我們已經(jīng)證明你可以創(chuàng)造出任何設(shè)計(jì)工程師都可以擊中的CT掃描儀性能目標(biāo)，”Levine說。“幾十年來，制造商已經(jīng)在他們的機(jī)器上獲得了不同的答案，因?yàn)闆]有人告訴他們的工程師如何處理X射線光譜。只需要對(duì)現(xiàn)有實(shí)踐進(jìn)行一些小改動(dòng)就可以統(tǒng)一他們的測(cè)量結(jié)果。”