宇宙自然发生的辐射可以用于医学成像

走进任何一家现代化的医院，你都会找到一个医学影像科。医学成像使用 X 射线、磁共振成像 (MRI) 和其他神秘的方法，如正电子发射断层扫描 (PET) 对身体内部进行成像以进行分析和诊断。对于非专业人士来说，这些技术听起来几乎是另一种说法。但在某种程度上，这些技术依靠自然现象来发挥作用。

现在，一项新研究表明，宇宙自然发生的辐射可用于医学成像，并且在涉及 COVID-19 时可能特别有用。所讨论的辐射类型是宇宙射线。

“宇宙射线”一词是科学史上的误称之一。宇宙射线实际上并不是射线，而是高能粒子，通常是质子。它们可以来自太阳，来自银河系的其他地方，甚至更远的地方，来自宇宙中某个遥远的地方。

当这些高能粒子到达我们身边时，它们会与地球大气层发生碰撞和相互作用，从而产生μ 子。μ子类似于电子，但质量要大得多。介子不会持续很长时间并且会在几微秒后衰减。但是它们以相对论的速度行进，并在衰减之前覆盖了很长的距离。它们的能量如此之大，以至于其中许多都到达了地球表面。据该论文的作者称，到达地球的 μ 子可用于一种称为射线照相术的医学成像技术。

研究人员说，介子可用:于监测人体解剖学的大部分方面。由于 μ 子的喷发是连续的，该技术可用于监测随时间的变化，如有必要，可缩短至一个小时。作者指出这在我们当前的时代是多么有用。他们写道：这可以每小时读取肺密度等参数，并具有足够的灵敏度来检测 Covid 患者肺部炎症的时间变化。

COVID-19 的影响之一与肺组织密度有关。当免疫系统试图对抗感染时，受感染肺组织的密度会增加。这种增加与严重程度有关，肺组织密度增加得越大，患者需要重症监护甚至呼吸器的可能性就越大。能够监测密度的变化可能会极大地促进 COVID-19 的治疗。

研究人员在医学成像中使用了所谓的“人体幻影”。人体幻影是研究中代表人体的东西。它可以帮助研究人员确定他们的方法是否正常工作。在这项工作中，他们在幻影上方和下方安装了介子跟踪器。该系统测量传入和传出 μ 子穿过体模后的轨迹。然后他们测量出射μ子的角度分布，这使他们能够测量它们穿过的组织的密度。

此图显示了本研究中使用的 Mini Muon Tracker (MMT)。幽灵被放置在上下μ子探测器之间的空间中，MMT测量μ子的轨迹。图片来源：Morris、Perry 和 Merrill，2021 年。

体模上方和下方的探测器使该团队能够使用三种不同类型的射线照相来测量 μ 子轨迹。它们是传输、停止和多重散射。

透射射线照相术测量 μ 子通过物体传输时的情况。

研究中的这张图像显示了他们μ子工作的透射射线照相结果。图片来源：Morris 等人 2021。

停止射线照相测量和投射 μ 子进入体模时的轨迹，而不是离开时。

研究中的这张图像显示了他们的μ子工作的停止射线照相结果。图片来源：Morris 等人 2021。

多重散射测量传入和传出μ子之间的角度差异。

这张来自研究的图像显示了他们的 μ 子工作的多次散射射线照相结果。

以上每幅图像都使用了 24 小时的曝光时间，而且它们使用的探测器并不是最灵敏的。但这是初步工作，该团队表示可以使用更灵敏的探测器，这将缩短所需的曝光时间并提高图像质量。这就是仅使用背景μ子辐射对患者进行近乎连续监测的潜力。

质量更轻、效率更高的探测器，例如线室，可以在更短的曝光时间内提供更高质量的图像，并具有更好的信噪比。
仅使用背景辐射就可以持续监测非走动患者的变化，他们在结论中写道。

概述这种潜力的论文的标题是“人类幻影的宇宙射线射线照相术”。作者来自洛斯阿拉莫斯国家实验室，并使用该设施的 Mini Muon Tracker 来检查人类幻影。该论文可在印前网站 arxiv.org 上找到，但尚未经过同行评审。