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，德國物理學(xué)家W·K·倫琴在進(jìn)行克魯克斯管試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)了X 射線 （ X-ray ）。 1913 年， W·D·庫利吉發(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)對健康和疾病診斷邁向無創(chuàng)傷、無侵犯的新時代。美國物理學(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 X 射線的透過率有所不同 ，還提出了一些有關(guān)的計(jì)算公式，也為后來CT的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。但是，人體內(nèi) 有些器官對 X 射線的吸收差

2、別很小 ，X 射線對那些 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)來彌補(bǔ)X 射線檢查人體病變的不足。英國人杰弗瑞·紐波達(dá)·亨斯費(fèi)爾德（Godfrey Newbold Hounsfield）于 1968年 8 月 23 日在英國申請了名稱為“多角度測量 X射線或 射線吸收，透過情況和數(shù)據(jù)分析的方法和儀器”，即首次在專利申請中揭示了 CT技術(shù)，專利號為GB1283915；并以此申請為優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)在美國申請了專利， 于 1973 年 12 月 11 日授予美國專利權(quán)。這US3778614引起了科技界極大震動，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。G·N·亨斯費(fèi)爾德于1919 年出生在英國Nottinghamshire，在農(nóng)場長大，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。有一次在一個項(xiàng)目被證明是不可行的，使他有機(jī)會認(rèn)真思考下一步應(yīng)該研究什么， 甚至在鄉(xiāng)間散步時也在想這個問題，思路慢慢地清晰起來，要使計(jì)算機(jī)能識別模式， 再通過這些模式能“讀”數(shù)據(jù)和數(shù)字；

4、要把這些模式識別和雷達(dá)原理結(jié)合起來，并建立有關(guān)計(jì)算方法。經(jīng)過一段時間努力，他終于完成了一個發(fā)明構(gòu)思用 X 射線來多角度產(chǎn)生人體薄片層面透過數(shù)據(jù)， 并用計(jì)算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理， 以便最終重建立體圖像 ，他及時將這一發(fā)明構(gòu)思提出了上述的專利申請。該申請的摘要是“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，并且用多路徑測量穿越人體小層面照射的透過情況， 路徑的方向和數(shù)量使得通過層面不同組群單元的一組路經(jīng)要橫斷每個矩陣單元。從這些測量， 計(jì)算各個矩陣單元的吸收或透過率，并用陰極射線管顯示和/ 或制作照片?！毕旅娼Y(jié)合附圖簡要說明該專利揭示的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，用操測器 7 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 X 光膠片（圖1 中 5），該探測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，并最好帶有準(zhǔn)直器。 X 光來僅在一個薄片層面上對人體進(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層面，而且多角度繞著層面穿越。探測器7 安裝成總是針對著 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 和探測器7 之間一線上所有目標(biāo)也會出現(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，在射線束的每個位置，探測器7 確定穿過人體相當(dāng)小層面的路徑上 X 照射的射過情況 。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。所有路徑的射過情況， 以來自經(jīng)過相應(yīng)路徑照射的離散輸出信號為代表建立一組聯(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的人體照片。這樣的檢查可通過使用大量平行設(shè)置的X 射線源和探測器連續(xù)或同時進(jìn)行。具體地說，探測器 7 每次探測的輸出通過放大器和計(jì)算器形成代表計(jì)數(shù)數(shù)量的數(shù)字輸出，再由對數(shù)轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成對數(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 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 變成模擬再通過色調(diào)

8、打印機(jī)產(chǎn)生照片，或在 顯示器上顯示。或者也可以將計(jì)算機(jī)處理后的輸出保留在數(shù)字方式與模式識別技術(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 。在申請專利的同時，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X 射線束繞頭部可轉(zhuǎn)180 度，在每個視角都可照射，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，探測器能多達(dá)幾千個，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 ），出生于英國諾丁漢郡的一個農(nóng)場，1938年在紐瓦克上學(xué)。1939 1946 年在皇家空軍的無線電雷達(dá)學(xué)校服役，1951 年進(jìn) EMI 公司。亨斯菲爾德設(shè)計(jì)