如何了解世界级的低音提琴？给它一个 CT
佩雷尔曼医学院放射学副教授兼 CT 研究主任 Peter Noël 博士表示，当你成为医学 CT 成像专家时，必然会发生两件事。第一：你会对各种物体的内部工作原理产生无尽的好奇心，包括与你的研究无关的物体。第二：同事和完全陌生的人都会请你帮忙对各种意想不到的物品进行成像。在他的职业生涯中，在管理自己的研究项目的间隙，诺埃尔拍摄了各种各样的物体，从动物头骨到德国森林的树木样本，所有这些都是为了进一步了解科学知识。但没有一个比他目前的课外项目更能引起他的兴趣：首次尝试对世界上最好的弦贝司进行 CT 成像。
目标是破解世界级乐器的秘密。这些知识既可以提高更好地保护 17 至 19 世纪之间建造的杰作的能力，也可以为改进新乐器的建造提供见解，包括可能从较老、较稀缺的欧洲木材转向使用可持续采伐的美国木材。
这就是为什么 Noël 和 Noël 高级计算机断层扫描成像实验室的博士生 Leening Liu 在不开发下一代 CT 技术时，偶尔会自愿用宾夕法尼亚大学的 CT 扫描仪对鲈鱼进行扫描。
“我们总能从这样的项目中学到一些东西……更吸引人的地方在于医学研究也可以应用于非医学领域，”诺埃尔说。“我们有机会把在医学上学到的东西用在其他方面——在这个例子中，就是推动艺术的发展。”
关于低音
该项目诞生于费城贝斯手、独立学者杜安·罗森加德 (Duane Rosengard) 的合作，杜安·罗森加德自 1986 年起成为费城交响乐团成员，撰写过多本有关 16 世纪至今弦乐器的书籍；他的儿时好友、马里兰州业余贝斯手马克·金迪格 (Mark Kindig)；以及长期合作伙伴、罗德岛州获奖琴师扎卡里·S·马丁 (Zachary S. Martin)。
要了解该项目的潜在学术和艺术意义，了解一些关于贝斯本身的知识会有所帮助。贝斯比大多数人的贝斯更高更宽，其洪亮的音调无论何时何地演奏都能产生听觉锚点，范围从古典音乐到爵士乐、摇滚乐、蓝草音乐等等。
“低音提琴是世界上几乎所有音乐流派中唯一使用的弦乐器，”罗森加德说。“对于低音提琴，我们经常使用诸如风琴般的、巧克力般的或天鹅绒般的音色来描述它的声音。我们想更多地了解‘为什么’会这样。”
低音提琴诞生于 16 世纪末，如今已成为一种令人愉悦的不墨守成规的乐器，其尺寸甚至基本形状都未完全标准化。马丁说，这与小提琴形成鲜明对比，小提琴的尺寸、形状和其他规格自 1560 年左右就已确定，他从工作室开车过来为每一把低音提琴进行扫描。马丁是一名制琴师（指制作和修复弦乐器的工匠），他修复了许多精美的老式低音提琴，其中一些已有 400 年历史。
小提琴不仅尺寸一致，而且人们对其内部特征的了解也更多。小提琴体型小巧，琴身长度仅为14 英寸，在过去的一代中，它一直通过 X 射线和 CT 扫描进行科学探索。Noël 说，任何影像部门的任何人都可以轻松扫描小提琴。
“医用 CT 扫描仪是为人体设计的，通常直径为 40 至 50 厘米，”他说。“然而，与人体不同，基底充满空气，直径通常超过 70 厘米，这带来了需要解决的重大技术挑战。”
与宾夕法尼亚大学的联系是通过西门子医疗公司建立的，西门子医疗公司是 CT 机器和其他医疗设备的领先制造商。在向全国各地的机构发出多次请求后，金迪格和罗森加德终于联系上了诺埃尔，诺埃尔是一位音乐爱好者，也是费城交响乐团的赞助人。
罗森加德说：“我们在全国范围内寻找足够大的扫描仪之后，终于找到了宾夕法尼亚大学医学院，距离乐团所在地金梅尔表演艺术中心不到一英里，这真是太神奇了。”
罗森加德、金迪格和马丁列出了一份愿望清单，上面列出了 20 把世界上最精美的老式贝斯，以便与宾夕法尼亚大学的合作伙伴一起进行研究。
复杂的过程
当患者（或物体）接受 CT 扫描时，他们躺在一张慢慢穿过机架的床上，同时 X 射线管围绕着他们旋转，将 X 射线对准身体。CT 扫描仪使用特殊的数字 X 射线探测器。当 X 射线离开患者时，它们会被探测器拾取并传输到计算机。
为低音提琴做准备比为普通患者做准备更具挑战性。首先，低音提琴需要一个特殊的低音提琴支架，这是马丁设计并制作的，用于将乐器牢固地固定在扫描仪上。然后，由于低音提琴上的任何金属都会严重扭曲 CT 图像，马丁和罗森加德在金梅尔中心的后台房间里工作，移除了所有金属物品，包括琴弦和调音器。
最令人紧张的部分是卸下琴弦；音柱——琴桥处楔入乐器前后部之间的关键木质圆柱体——如果没有琴弦的压力就会断裂。
马丁一丝不苟，他会拍摄并编号从乐器调音机上拆下的每颗螺丝。当贝斯在宾夕法尼亚大学时，这些螺丝会被存放在上锁的房间里。扫描完成后，马丁和罗森加德会返回金梅尔中心并逆向进行扫描，马丁会进行任何细微调整，以确保贝斯与扫描前完全一样。
该团队将重点放在探索每把贝斯的两个数据点上：内部空气量和木材密度。“我们认为空气量与贝斯的声音有着密切的关系，因为它直接关系到特定乐器的响度及其存在感或力量，”马丁说。“木材密度对乐器的结构、灵活性和响应性有很大影响。”
医疗联系
当罗森加德和马丁带来一把稀有的低音提琴时，刘会操作扫描仪。她还帮助计算乐器的内部音量。“从内部语料库音量的角度来看，这对我们来说是一个简单的计算，”她说。“这意味着分割、计算像素，然后使用像素体积来计算低音提琴本身的音量。”
至于绘制木材密度图，这个问题与刘博士的研究比你想象的更相关。她的论文重点是利用物理密度来测量人体内部的温度，特别是热消融，这是一种微创治疗癌症的方法，包括肝癌和肾癌。精心引导的高温用于杀死肿瘤细胞和周围健康组织的安全范围，了解组织燃烧的温度可以了解治疗的有效性。
刘先生表示，至少到目前为止，木材密度成分在科学上更具挑战性。
“在温度项目中，扫描仪输出定量图，我们可以利用这些图成功生成物理密度图，”她解释道。“我们希望将其转化为低音也是可能的，但这种方法仍然存在一些挑战，我们正在努力解决。”
抛开挑战，这些来自创意学科和定量学科的合作者都很高兴能够在一起工作。
“我们科学家喜欢谈论科学部分，音乐家对音乐也有同样的感受，”诺埃尔说。“我们都对自己想要实现的目标有着共同的认识，但看到两个完全不同的世界相互交流时发生的事情令人鼓舞和惊叹。”
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