射线应用的里程碑——ＣＴ

射线应用的里程碑——ＣＴ

传统的X射线摄片与CT成像

如今人们去医院看病，特别是患脑部疾病，医生常常会让病人做一个CT检查一下。对此，病家也常常十分乐意。的确CT检查以它方便、直观、准确的特点为人们所接受和喜爱。CT究竟是什么呢？它和传统的X射线摄片有何不同？CT又是谁发明的呢？

我们通常所说的CT实际上是指X射线CT，中文全称是“X射线电子计算机扫描术”，CT是它的英文缩写。世界上第一台CT机是由英国EMI公司工程师豪斯菲尔德研制成功，1971年在伦敦一家医院正式安装使用的。

CT的问世在医学放射界引起了爆炸性的轰动，被认为是继伦琴发现X射线后，工程界对放射学诊断的又一划时代贡献。CT的诞生为何会引起如此的轰动，我们来简要地回顾一下影像技术的发展史就不难理解了。

影像技术一直是诊断疾病的重要手段，其历史远比心电图诊断疾病的技术要早。1895年，德国人伦琴在试验阴极射线管时发现了X射线。3天以后，伦琴的夫人偶然看到了手的X射线造影，从此就开创了用X射线进行医学诊断的放射学——X射线摄影术，也开创了工程技术与医学相结合的纪元。传统的X射线装置尽管在形态学诊断方面起了划时代的作用，但其缺点也是相当明显的。首先X射线装置是将人体的立体形象即三维景物显示在二维的胶片或荧光屏上不同深度方向上的信息重叠在一起，引起混淆；其次，传统X射线摄影装置只能区分密度差别大的脏器，如充气的肺等，而对肝、胰等软组织内的差异则无法辨别；此外还存在着X射线线所用的剂量较大等问题。而CT能有效地克服传统X射线装置的这几个缺点，如CT可对人体进行三维空间的观察，包括进行横断面的摄像；同时CT又具有很高的密度分辨率和空间分辨率，提高了图像的清晰度；它还能使人体各种内脏器官的横断图像在几秒钟内便显示在荧光屏上，一目了然，从能够准确地诊断许多疾病，这是普通的X射线检查做不了的；并且CT 检查属于无损伤检查法。正因为如此，CT 以它无可比拟的优越性而广泛应用于临床，并受到患者的普遍欢迎。

科马克的贡献

CT是豪斯菲尔德发明的，但CT的基本思想则可以追溯到1917年奥地利数学家雷唐所作出的贡献。可惜他的论文在发表后50多年里一直被湮没，直至20世纪70年代初才发现。CT的基本思想（或称原理）是取一高度准直的、极细笔状X射线束，环绕人体某一部分作断面扫描，未被吸收光子穿透人体后被检测器接收，作为模拟信号输人，经过数处理和运算后重建图像。

除雷唐外，还有其他一些数学家提出了各自对CＴ数处理的运算方法，其中贡献最大的当数美国理论物理学家马克。科马克于1955年受聘到南非开普敦市一家医院照放射科工作。因为按照南非的法律，医生在应用放射性同素和其他物理治疗时，必须有物理学家在场监督。科马克当时在开普敦大学物理系任讲师，虽然他当时教的是理论物理学，但他很快对癌的放射治疗和诊断产生了兴趣。他发现当时的医生在计算放射剂量时，是把非均质的人体当作均质看待的。他想，这怎么能确定适当的放射剂量呢？

科马克认为要改进放射治疗的程序设计，应把人体构造和组成特征用一系列前后相继的切面图像表现出来。他运用多种材料、多种形状的物体直至人体模型作实验，同时进行理论计算。经过近10年的努力，他终于解决了计算机断层扫描技术的理论问题，于1963年首先建议用X射线扫描进行图像重建，并提出了精确的数学推算方法。科马克虽然没有最终发明这项技术，但他为这项技术的诞生奠定了基础。

CT的发明过程

豪斯菲尔德（N．Housfield），1919年生于英国纽瓦克，他曾就读于吉尔德学院。1939年至1946年，也就是第二次世界大战时期，他在皇家空军雷达学校任教。战后，豪斯菲尔德进入伦敦法拉第·豪斯电气工程学院学习。195且年应聘到电器乐器工业有限公司从事研究工作。1975年，他成为皇家学会会员。1981年被授勋为爵士。由于发明了CT扫描仪，豪斯菲尔德和科马克共同获得了1979年度的诺贝尔生理学和医学奖。他于1975年和1976年还分别获得巴塞尔大学、伦敦大学等校授予的名誉医学博士学位、名誉理科博士学位和名誉工程学博士学位。1976年，他成为英国皇家内科医师学会和外科医师学会的荣誉会员。

与科马克不同，豪斯菲尔德一直从事工程技术的研究工作。他从伦敦法拉第·豪斯电气工程学院毕业后，于1951年应聘到电器乐器工业有限公司从事研究工作，尝试将雷达技术应用于工业生产、气象观察等方面。不久他又转向从事电子计算机的设计工作。当时，这项新技术还刚刚发明，他以自己特有的创造力、动手能力和组织能力，组成了一个设计小组，白手起家，研制出英国第一台晶体管电子计算机。虽然这是一个不小的进展，但由于元器件、制造技术等条件的限制，这种计算机体积庞大，十分笨重，与今日的微机相比，也是不可同日而语，尤其在信息贮存方面存在着不少问题。豪斯菲尔德将这作为自己的主攻方向，转入薄膜贮存的研究。经过多年的努力，他研制出一种能识别印刷字体的计算机．这在当时也是一个了不起的成就。

当时豪斯菲尔德任职的电器乐器工业有限公司生产各种电子仪器，除计算机外，还有探测器、扫描仪等。他的目标是要综合运用这些技术，生产出具有更大实用价值的新仪器。科马克的研究成果给了他很大的启迪和信心。在科马克等人研究的基础上．豪斯菲尔德选择了CT机作为研究的课题，开始了多年的艰苦攻关。好在他对计算机技术的原理和运用轻就熟，CT图像重建的数学处理方法可以恰当地与他熟悉的计算机技术结合起来，故研制中的一个个难题都迎刃而解了。

终于在1969年，豪斯菲尔德首次设计成功了一种可用于临床的断层摄影装置，并于１９７１年9月正式安装在伦敦的一家医院里。这年他与神经放射学家阿姆勃劳斯合作，首次成功地为一名英国妇女诊断出脑部的肿瘤，获得了第一例脑肿瘤的照片。同年，他们在英国放射学会上发表了第一篇论文。1973年英国放射学杂志对此作了正式报道，这篇论文受到了医学界的高度重视，被誉为“放射诊断学史上又一个里程碑”。从此．放射诊断学进人了CT时代。1979年的诺贝尔生理学和医学奖亦破例地授给了豪斯菲尔德和科马克这两位没有专门医学经历的科学家。

CT的发展和应用前景

豪斯菲尔德最初研制的CT扫描仪只能用于人脑的检查，时间约需1分钟至4分钟。此后20多年来，CT装置很快得到推广，并获得了极大的发展。从第一台 CT机问世至今，CT设备已从第1代发展至第5代，其各项性能和速度都有了很大提高。扫描时间从4分钟到5分钟缩短到1秒钟甚至更短，最新式的CT机扫描速度可达每秒24层（横断面图像），可以跟上血液在器官和组织中的流动，因而可以对心脏作动态检查。后来，莱德利设计成功全身CT装置，进一步扩大了CT的检查范围，取得了更大的效益。

除X射线CT外，其他型号的CT也相继问世，如单光子发射CT、核磁共振CT等均已付诸临床应用。超声CT、微波CT的研究也取得了极大的进展。毫无疑问，CT已成为影像诊断学领域中不可缺少的检查手段。计算机断层成像术作为一种高性能的无创伤诊断技术，显然已在医学成像领域确定了其不可动摇的地位。

不仅如此，CT作为一种技术，既有坚实的数学理论为依托，又有现代微电子与计算技术相支撑，必然在其他领域也会得到广泛应用。事实上，CT在工业生产上，在地球物理研究上，甚至在农业、林业和环境保护方面都已取得了令人瞩目的成果并展示了美好的前景，如用于反应堆组件的无损评估，火箭发动机、导弹等部件及钢板焊缝的无损检测，以及水泥制品的质量检查等，ＣＴ扫描仪均能明察秋毫；而常规的无损探伤技术对此则往往不能胜任。