电子密度及应用谈之色变的“结”和“突”在光谱CT之电子云密度图下“原形毕露”|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

谈之色变的“结”和“突”在光谱CT之电子云密度图下“原形毕露”

王阿姨两年前安装了心脏起搏器，一年前体检又发现了肺结节，她担心肺结节是否有变化；不巧的是，她最近又开始腰腿疼，怀疑患了腰椎间盘突出症；王阿姨了解到心脏起搏器是磁共振检查的禁忌症之一，但CT检查诊断腰椎间盘突出又不如磁共振检查有优势。王阿姨带着上述疑问，来到了西安市中心医院放射科咨询，同时观察肺结节变化和腰椎间盘突出，到底可以做什么影像学检查呢？

西安市中心医院放射科的医生给王阿姨介绍，光谱CT，只需要一次扫描，就可以获得重建多种不同参数图像的光谱数据包，其重建参数之一——电子云密度图，就能同时清楚显示肺结节变化和椎间盘突出情况。

与普通CT相比，光谱CT有上、下两层空间上对等的探测器，一次CT扫描后，可通过此探测器直接接收两组不同能量衰减的数据，通过两组数据可计算出光电效应与康普顿散射百分比，通过此百分比可识别不同的物质。

什么是电子云及电子密度？

电子云

即电子在原子核外的空间某处出现的几率；电子云的形态也多样，其计算涉及复杂的数学概念。

电子密度

体现在电子云图中，就是某处小黑点的疏密程度。小黑点越密集，此处电子密度越大，电子在此处出现的几率越大。

光谱CT电子密度及应用：

光谱CT电子密度： 显示各体素所对应的电子密度的相对值分布图，单位为[%EDW]，也就是和水的电子密度的比值。其测量结果乘以水的电子密度（3.34x1029 electrons/m3 ）即为绝对电子密度值。

光谱CT可以通过一次常规扫描直接获得电子密度，不必通过CT值换算，结果较常规CT更准确。

Electron Density（ED）电子密度的获取方法？

在扫描序列中，选择扫描即时重建；或应用Raw Data回顾性重建的方式获取，也可以使用SBI光谱基数据包在工作站一键获取。

王阿姨的腰椎CT图像：

多参数功能CT优势： 常规图像矢状位上椎间盘L3-4,L4-5,L5-S1,椎间盘突出显示欠清晰，电子云密度图和电子云密度融合图提升了椎间盘可视化程度，能够达到类MR效果。

王阿姨肺部结节在常规图和电子云密度图的显示：

肺部电子云密度图可以清晰显示肺结节的大小形态，同时也改善肺部磨玻璃影的可视化，提高早期检出肺结节和磨玻璃影的敏感性，更准确的评价肺部病变的程度。

光谱CT一次常规扫描能提供出多种参数的图像，其中电子密度图及定量测量，在肺炎、肺结节和椎间盘显示及其他正在开展的研究领域，能够为临床医生带来全新的诊疗思路、便捷的工作流程和独特的科研角度。

作者：放射科　高　明

编辑：宣传科　杨心睿

审核：宣传科　张　狄

密度泛函理论：多电子系统电子结构与原子核性质的重要描述工具

密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）是现代量子力学中的一个重要分支，它为多电子系统的电子结构提供了精确且高效的描述方法。在核物理领域，DFT被广泛应用于原子核的性质和行为的计算。本文将深入探讨密度泛函理论的基本原理、应用及其在核物理领域中的重要地位。

一、密度泛函理论的基本原理

密度泛函理论基于量子力学的变分原理，通过选取适当的能量泛函形式，以系统电子密度的分布为基本变量来描述多电子系统的电子结构。这一理论的关键在于找到一个有效的能量泛函形式，使得其最小值对应的波函数能够近似描述真实系统的电子结构。

二、密度泛函理论在核物理中的应用

密度泛函理论在核物理中发挥了重要作用，尤其在原子核结构和反应过程的模拟方面。以下是DFT在核物理中的几个主要应用：

原子核结构模型：DFT能够提供原子核内部结构和性质的精确描述。通过DFT方法，可以计算原子核的能级、磁性、电性等多种性质，有助于深入理解原子核的稳定性和演化规律。

核反应过程模拟：DFT在核反应过程的模拟中发挥了关键作用。通过DFT方法，可以模拟和预测各种核反应过程，如裂变、聚变以及放射性衰变等。这有助于理解恒星的演化、核能的利用以及放射性物质的生成等重要问题。

原子核结构实验数据分析：DFT也被广泛应用于原子核结构实验数据的分析。通过与实验数据对比，DFT能够提供对原子核结构和性质的深入理解，验证和发展现有的理论模型。

超重元素合成预测：利用DFT方法，可以预测超重元素的存在和稳定性，有助于探索元素的极限和化学的边界。

中子星结构与性质研究：在研究致密天体如中子星的结构和性质时，密度泛函理论也发挥了重要作用。通过DFT方法，可以模拟中子星的内部结构和性质，如中子星的质量、半径以及物态方程等。

总结：密度泛函理论作为一种强大的理论工具，在多电子系统的电子结构和原子核的性质和行为方面提供了精确和高效的描述方法。它在核物理领域中的应用不仅促进了原子核科学的发展，也推动了相关领域如天体物理、材料科学等的进步。随着理论和计算技术的不断进步，密度泛函理论在未来将继续发挥重要作用，为解决复杂系统的电子结构和性质问题提供有力支持。