計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描技術(shù)CT

1、計(jì)算機(jī) X 射線斷層掃描技術(shù)（CT）1895 年，德國(guó)物理學(xué)家W·K·倫琴在進(jìn)行克魯克斯管試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了X 射線 （ X-ray ）。 1913 年， W·D·庫(kù)利吉發(fā)明了真空 X 射線管， 陰極發(fā)出的電子經(jīng)高壓加速后撞擊靶面產(chǎn)生X 射線。 X 射線具有很強(qiáng)的穿透力，使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)健康和疾病診斷邁向無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)侵犯的新時(shí)代。美國(guó)物理學(xué)家阿倫·考馬克從1957 年開始從事這方面的研究，并于1963 年發(fā)現(xiàn) 人體不同組織對(duì) X 射線的透過(guò)率有所不同 ，還提出了一些有關(guān)的計(jì)算公式，也為后來(lái)CT的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。但是，人體內(nèi) 有些器官對(duì) X 射線的吸收差

2、別很小 ，X 射線對(duì)那些 前后重疊組織的病變 就難以發(fā)現(xiàn)，即使發(fā)現(xiàn)也難以確定病變發(fā)生在什么深度。于是，人們力圖尋找一種新技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)X 射線檢查人體病變的不足。英國(guó)人杰弗瑞·紐波達(dá)·亨斯費(fèi)爾德（Godfrey Newbold Hounsfield）于 1968年 8 月 23 日在英國(guó)申請(qǐng)了名稱為“多角度測(cè)量 X射線或 射線吸收，透過(guò)情況和數(shù)據(jù)分析的方法和儀器”，即首次在專利申請(qǐng)中揭示了 CT技術(shù)，專利號(hào)為GB1283915；并以此申請(qǐng)為優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)在美國(guó)申請(qǐng)了專利， 于 1973 年 12 月 11 日授予美國(guó)專利權(quán)。這US3778614引起了科技界極大震動(dòng)，被譽(yù)為自倫琴發(fā)現(xiàn)

3、X射線后， 放射診斷上最重大的成就。為此， G·N·亨斯費(fèi)爾德與美國(guó)物理學(xué)家阿倫·考馬克（ Allan Cormack）共同獲得1979 年諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。G·N·亨斯費(fèi)爾德于1919 年出生在英國(guó)Nottinghamshire，在農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)大，喜歡做科學(xué)實(shí)驗(yàn)。第二次世界大戰(zhàn)期間，他從事雷達(dá)工作，隨后上大學(xué)。 1951 年進(jìn)入 EMI 電子公司工作，從事計(jì)算機(jī)領(lǐng)域研究。有一次在一個(gè)項(xiàng)目被證明是不可行的，使他有機(jī)會(huì)認(rèn)真思考下一步應(yīng)該研究什么， 甚至在鄉(xiāng)間散步時(shí)也在想這個(gè)問(wèn)題，思路慢慢地清晰起來(lái)，要使計(jì)算機(jī)能識(shí)別模式， 再通過(guò)這些模式能“讀”數(shù)據(jù)和數(shù)字；

4、要把這些模式識(shí)別和雷達(dá)原理結(jié)合起來(lái)，并建立有關(guān)計(jì)算方法。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間努力，他終于完成了一個(gè)發(fā)明構(gòu)思用 X 射線來(lái)多角度產(chǎn)生人體薄片層面透過(guò)數(shù)據(jù)， 并用計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理， 以便最終重建立體圖像 ，他及時(shí)將這一發(fā)明構(gòu)思提出了上述的專利申請(qǐng)。該申請(qǐng)的摘要是“在X 或 射線照射檢查人體的儀器中，從若干方向?qū)θ梭w的兩維矩陣單元進(jìn)行照射，并且用多路徑測(cè)量穿越人體小層面照射的透過(guò)情況， 路徑的方向和數(shù)量使得通過(guò)層面不同組群?jiǎn)卧囊唤M路經(jīng)要橫斷每個(gè)矩陣單元。從這些測(cè)量， 計(jì)算各個(gè)矩陣單元的吸收或透過(guò)率，并用陰極射線管顯示和/ 或制作照片?！毕旅娼Y(jié)合附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明該專利揭示的CT 成像的基本原理：在圖

5、2（見附圖）中，包含有骨2 和腫塊 3 的人體 1；X 射線源 6，該射線也可以是 射線，推薦用 X 射線，該射線源6 不同于傳統(tǒng)的 X 射線源（圖1 中 4），而是能產(chǎn)生諸如 3 毫米見方或直徑小截面的射線束，最好包括準(zhǔn)直器，防止射線散射，用操測(cè)器 7 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 X 光膠片（圖1 中 5），該探測(cè)量器可以是閃爍器或是閃爍計(jì)數(shù)器，以便產(chǎn)生電信號(hào)，并最好帶有準(zhǔn)直器。 X 光來(lái)僅在一個(gè)薄片層面上對(duì)人體進(jìn)行掃描，在圖示例子中為3 厚， 這光束不僅僅線性地穿越這個(gè)層面，而且多角度繞著層面穿越。探測(cè)器7 安裝成總是針對(duì)著 X 射線源 6，如果僅僅是單一掃描貫穿層面的活，那么結(jié)果與傳統(tǒng)的 X 光照射效果

6、區(qū)別不大，X 光源 6 和探測(cè)器7 之間一線上所有目標(biāo)也會(huì)出現(xiàn)重疊。但是，本發(fā)明技術(shù)是進(jìn)行 大量的掃描 ，能得到該層面每 3 毫米立方體材料對(duì)X 光線的吸收率的足夠信息，并按層面的位置坐標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。這樣的掃描，計(jì)算可根據(jù)實(shí)際需要多角度地進(jìn)行，在射線束的每個(gè)位置，探測(cè)器7 確定穿過(guò)人體相當(dāng)小層面的路徑上 X 照射的射過(guò)情況 。被檢查的層面作為兩維矩陣單元，并且照射路徑的方向和數(shù)量保證不同組路徑橫穿每個(gè)矩陣單元。照射角位置越多，平行路徑越多，分隔矩陣單元越多，產(chǎn)生圖像越清晰，分辨力越高。所有路徑的射過(guò)情況， 以來(lái)自經(jīng)過(guò)相應(yīng)路徑照射的離散輸出信號(hào)為代表建立一組聯(lián)列方程式，并借助于 數(shù)字計(jì)算機(jī) 解

7、析這些方程得出每個(gè)矩陣單元的X 射線吸收率 。用這樣的方法檢查連續(xù)的平行薄片層面，所產(chǎn)生薄片層面照片能組合成較大部門或整個(gè)的人體照片。這樣的檢查可通過(guò)使用大量平行設(shè)置的X 射線源和探測(cè)器連續(xù)或同時(shí)進(jìn)行。具體地說(shuō)，探測(cè)器 7 每次探測(cè)的輸出通過(guò)放大器和計(jì)算器形成代表計(jì)數(shù)數(shù)量的數(shù)字輸出，再由對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成對(duì)數(shù)形式，以便形成線性輸出，使得沿著路徑總吸收量等于沿著路徑每小單元吸收總積，并將其存儲(chǔ)在諸如磁帶等記錄器中，計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理將人體每 3 毫米層體立方體的數(shù)字量表示其材料的型式，把數(shù)字矩陣中的每個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換成由黑到白不等灰度的小方塊，X 射線吸收率， 再將其通過(guò) 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 變成模擬再通過(guò)色調(diào)

8、打印機(jī)產(chǎn)生照片，或在 顯示器上顯示?；蛘咭部梢詫⒂?jì)算機(jī)處理后的輸出保留在數(shù)字方式與模式識(shí)別技術(shù)相比較產(chǎn)生其他數(shù)字化圖像 。這樣就能發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)有關(guān)部位的細(xì)小病變 。在申請(qǐng)專利的同時(shí)，G·N·亨斯費(fèi)爾德努力制作這樣的儀器。1971 年，他制作成了可用于人腦進(jìn)行CT掃描的儀器，第二年就將其出售了，該CT 掃描儀通過(guò)X 射線束繞頭部可轉(zhuǎn)180 度，在每個(gè)視角都可照射，然后合成圖片，效果很好。 1975 年，又制成了改進(jìn)型的CT 掃描儀， 該儀器帶有可將人體送入圓型孔檢查的可移動(dòng)床，可進(jìn)行全身掃描，為現(xiàn)代化的CT 掃描儀奠定了基礎(chǔ)。EMI 公司有了其從樂器轉(zhuǎn)向掃描儀發(fā)展的財(cái)力支持，但由于銷售不好，在 1980 年將權(quán)利轉(zhuǎn)讓給通用電氣公司。CT掃描儀發(fā)展很快，探測(cè)器能多達(dá)幾千個(gè)，掃描方式也從平移、旋轉(zhuǎn)改進(jìn)成可螺旋掃描，計(jì)算機(jī)容量大，運(yùn)算快，可達(dá)到立即重建圖像，可進(jìn)行三維重建圖像?？垢蓴_強(qiáng)，層面連續(xù)，圖像質(zhì)量高。CT掃描儀被廣泛用于檢查和診斷，也用于精確經(jīng)腫瘤和放射治療等方面（陳仲華）Godfrey Newbold Hounsfield（ 1919-2004 ），出生于英國(guó)諾丁漢郡的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)，1938年在紐瓦克上學(xué)。1939 1946 年在皇家空軍的無(wú)線電雷達(dá)學(xué)校服役，1951 年進(jìn) EMI 公司。亨斯菲爾德設(shè)計(jì)