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光谱计算机断层扫描：基本原理，技术...
摘要：光谱计算机断层扫描标志着医学成像的革命性进步，提供了组织表征和诊断准确性的显着改善。使用双能X射线技术，该方法根据其原子数和电子密度区分材料。频谱成像可从多个能级中获取数据，从而更详细地描绘组织结构，并增强对各种病理状况的识别和理解。与传统成像不同的是依赖于单个能级的传统成像，该方法产生的图像具有多样的对比度，从而可以区分标准扫描中可能看起来相似的组织。本评论探讨了有关光谱计算机断层扫描的发表研究和研究的各种集合，利用了同行评审的期刊和学术教科书，专门研究双能量成像系统，探测器创新和临床应用。获得了所获得的见解，以提供有关此成像技术的基本原理，技术进步和临床实用性的全面概述。强大的搜索策略和明确定义的纳入标准可确保选择高质量的相关资源，以支持本综述中得出的结论。本文旨在对光谱计算机断层扫描的基本原理，技术创新和临床应用进行全面概述。这种能力对于检测和分析各种病理问题（包括肿瘤，血管异常和退化性疾病）特别有价值。2。检测器技术的最新进步显着提高了光谱成像系统的灵敏度和分辨率。这些改进会导致更清晰，更精确的图像，并减少噪声。高级图像重建算法的结合具有进一步的图像质量，从而更好地可视化复杂的解剖学特征，对于准确的诊断和有效的治疗计划至关重要。此外，增强的软件功能现在可以详细介绍组织特性的定量分析，例如衰减系数，有助于评估组织组成并区分良性和恶性生长。光谱计算机断层扫描中的进步代表了医学成像中的关键演变，从而显着提高了诊断评估的准确性和细节。利用双能系统和创新技术，可以实现先进的组织表征，促进知情的临床决策。其广泛的临床应用突出了其在各种专业中的重要性，从而提高了有效诊断和管理各种疾病的能力。随着研究和技术的继续发展，它将在实现更好的健康成果中发挥越来越重要的作用。关键字：计算机断层扫描，光谱成像，组织表征，双能X射线系统1。引言自从五十年前作为一种非侵入性诊断方法首次亮相以来，计算机断层扫描（CT）经历了重大发展。现代CT研究的关键领域是光谱成像，它利用多色X射线的能量信息来增强组织表征。虽然Spectral CT源于早期CT技术，但由于技术的改进，其临床采用率在过去的十年中已大大增长，这使其实际上更可行（Krauss，B。，2015年）。ct数是由X射线的衰减确定的，X射线受材料的质量密度和有效原子数的影响。光谱CT使用数学技术分别计算质量密度和有效原子数，从而收集多个能级的数据。双能计算机断层扫描（DECT）的出现具有显着高级的CT技术，可以解决组织表征的先前局限性，而新的光子计数检测系统为多能成像的进一步改善提供了潜力（Gutjahr，R。，R。，2016年）。本文的目的是对光谱计算机断层扫描的核心原理，技术进步和临床应用进行深入探索。方法本综述研究了一系列关于光谱计算机断层扫描的已发表的研究和研究，这些研究来自同行评审的期刊和学术教科书，这些期刊和学术教科书着眼于双能CT系统，探测器技术，
一般散射过程的螺旋状态的量子断层扫描
量子断层扫描已成为计算物理学中量子系统密度矩阵 ρ 的必不可少的工具。最近，它作为测试高能粒子物理学中纠缠和违反贝尔不等式的基本步骤，变得越来越重要。在这项工作中，我们提出了重建一般散射过程的螺旋量子初始状态的理论框架。具体而言，我们对不可约张量算子 f TLM g 执行 ρ 的展开，并通过在适当选择的 Wigner D 矩阵权重下对最终粒子的角度分布数据进行平均来唯一计算相应的系数。此外，我们还提供了生产矩阵 Γ 的新广义和散射的归一化微分截面的显式角度依赖性。最后，我们使用 Weyl-Wigner-Moyal 形式从量子信息的角度重新推导了我们之前的所有结果，此外，我们还获得了 Wigner P 和 Q 符号的简单解析表达式。
量子卡方断层扫描和互信息测试
量子态层析成像——从 𝑛 副本中学习 𝑑 维量子态——是量子信息科学中一项普遍存在的任务。它是从 𝑛 样本中学习 𝑑 结果概率分布的经典任务的量子类似物。更详细地说，目标是设计一种算法，给定某个（通常是混合的）量子态 𝜌 ∈ C 𝑑 × 𝑑 的 𝜌 ⊗ 𝑛 ，输出（经典描述）估计值 2 ̂︀ 𝜌，该估计值以高概率“𝜖 接近”𝜌。主要挑战是最小化样本（复制）复杂度 𝑛 作为 𝑑 和 𝜖（有时还有其他参数，例如 𝑟 = rank 𝜌 ）的函数。我们还将关注设计仅进行单次复制（而不是集体）测量的算法的实际问题。指定量子断层扫描任务的一个重要方面是“ 𝜖 -close”的含义；即，判断算法估计的损失函数是什么。有很多自然的方法可以测量两个量子态的发散度——甚至比两个经典概率分布的发散度还要多——并且所选择的精确测量方法会对必要的样本复杂度以及最终估计对未来应用的效用产生很大的影响。本文的主要目标是展示一种新的断层扫描算法，该算法实现了最严格的准确度概念（Bures）𝜒 2 -发散度，同时具有与使用不忠诚度作为损失函数的先前已知算法基本相同的样本复杂度。然后，我们给出了一个应用，即量子互信息测试问题，这关键依赖于我们实现关于𝜒 2 -发散度的有效状态断层扫描的能力。
超快分子框架量子断层扫描
我们开发并通过实验证明了一种动态多原子系统的完整分子框架量子断层扫描 (MFQT) 方法。我们通过完整表征氨 (NH 3 ) 中的电子非绝热波包来举例说明这种方法。该方法利用能量和时间域光谱数据，并生成系统的实验室框架密度矩阵 (LFDM)，其元素是群体和相干性。LFDM 完整表征了分子框架中的电子和核动力学，生成了任何相关算符的时间和方向角相关期望值。例如，可以构建时间相关的分子框架电子概率密度，从而生成有关分子框架中电子动力学的信息。在 NH 3 中，我们观察到电子相干性是由核动力学引起的，核动力学以非绝热的方式驱动分子框架中的电子运动（电荷迁移）。在这里，核动力学是旋转的，非绝热科里奥利耦合驱动相干性。有趣的是，核驱动的电子相干性在较长的时间尺度上得以保持。总体而言，MFQT 可以帮助量化电子和核自由度之间的纠缠，并为超快分子动力学、电荷迁移、量子信息处理和最优控制方案的研究提供新途径。
具有噪声门的最佳量子态断层扫描
量子态断层扫描 (QST) 是量子处理器特性描述、验证和确认 (QCVV) 的重要工具。仅在少数理想化场景中，QST 的最优测量集才有解析结果。例如，在非退化测量设置中，QST 的最优最小测量算子集具有相互无偏的特征基。但是，在其他设置中，根据投影算子的秩和量子系统的大小，需要对高效 QST 的最优测量选择进行数值近似。我们通过引入定制高效 QST 框架来概括这个问题。在这里，我们扩展定制 QST，并在测量过程中应用的一些量子门有噪声的情况下寻找 QST 的最优测量集。为了实现这一点，我们使用了两种不同的噪声模型：首先是去极化通道，其次是单量子比特和双量子比特门的过度旋转和不足旋转（有关更多信息，请参阅方法）。通过将我们优化的 QST 测量集的重建保真度与仅使用乘积基的最先进的方案进行比较，我们证明了在实际噪声水平下使用纠缠门对两个量子比特的有效 QST 测量方案的好处。
基于深度神经网络的计算机断层扫描检测脑肿瘤
摘要：脑肿瘤是最致命的疾病之一，对人类健康有许多影响。脑肿瘤是脑内或脑周围的异常细胞团或生长。它们并非都是癌症，因为它们可能是良性的或恶性的。医生使用各种诊断技术来评估良性或恶性脑肿瘤的存在，以及估计其大小、位置和生长速度。使用适当的诊断方式来提供完整的大脑视图以检测任何异常。应对脑部进行计算机断层扫描 (CT) 扫描以检查异常。CT 扫描的好处包括准确检测钙化、出血和骨骼细节，以及与磁共振成像 (MRI) 相比成本低。因此，我们研究了一种基于 CT 的检测方法，以确定是否存在脑肿瘤。所提出的方法适用于从曼苏拉大学医院收集的 CT 图像数据集。使用不同的预训练模型：VGG-16、ResNet-50 和 MobileNet-V2。对比结果，预训练模型 MobileNet-V2 尽管参数数量最少，但结果却更好。它的准确率为 97.6%，而其精确度、召回率和 F1 分数分别为 96%、95% 和 96%。
具有保真度估计的可扩展量子断层扫描
随着量子器件制造技术的快速发展，我们现在可以操纵越来越多的纠缠量子比特。中型量子器件（10-100 量子比特）已在超导电路、囚禁离子和超冷原子平台上实现 [1-7]。量子态层析成像 (QST) 旨在通过对状态副本进行适当测量来重建未知量子态，它是验证和衡量实现优劣的黄金标准。具体而言，QST 是证明量子处理器上所有实际操作和测量所能提供的信息的完整性所必需的。量子场论的早期研究集中在混合态，发现它需要对一组最小 O(d) 个互不偏基进行射影测量[8-10]，或对正算子值测度（POVM）进行 O(d2) 期望所提供的信息[11-14]。随着希尔伯特空间维数 d 随着成分（如粒子）数量的增加而呈指数增长，这很快变得不切实际。对于纯态，最近证明，就信息而言，POVM 的数量可以大幅减少到 O(d)[15-17]，测量基的数量可以减少到 4 个[18-20]。然而，由于样本空间 d 的大小呈指数级增长，实现这些精心设计的非局部测量并获得相应的收敛概率分布在实验上仍然是难以实现的[21]。经过长期发展其数学基础之后，我们现在正处于考虑其实用方面的阶段。
