CT的發明者之一：科馬克

 

醫用CT掃描儀

 

X光拍片效果

 

醫用CT拍片效果

 

應用CT技術使用的安檢機

 

1895年，德國菲試堡物理研究所所長兼物理學教授威廉·孔拉德·倫琴在探索陰極射線本性的研究中，意外發現了一種穿透性很強的電磁波射線。他把這種新發現的電磁波命名為X光，又叫X射線，“X”是無法了解的意思。

倫琴在一次在暗房里洗照片時，把一個光導管放在了旁邊。結果，在沒有太陽光照射下，照片竟被過度曝光了。這是只有在洗照片時經陽光直射才可能發生的。難道在可見光之外還有別的光存在？倫琴對這一現象作了仔細研究。經過反復試驗，他發現是光導管中無意產生的一種不可見光。倫琴進一步證實，X光是一種高能量光波粒子，一般物體都擋不住。X射線要被阻擋，關鍵由射線強度、頻率、阻擋物質與射線作用程度、阻擋物質厚度、阻擋物質大小共同決定。

X光的發現，不但為后來發現紅、紫外線等不可見光奠定了基礎，也給醫療保健事業帶來了新的希望。

如果沒有更高明的現代化的科技，X光很可能只限于物理學研究。但計算機的誕生，讓X光發揮了令人意想不到的作用。計算機俗稱電腦，誕生于1946年2月14日，是一種用于高速計算的電子計算機器，可以進行數值計算，又可以進行邏輯計算，還具有存儲記憶功能。是能夠按照程序運行，自動、高速處理海量數據的現代化智能電子設備，由硬件系統和軟件系統所組成。計算機是20世紀最先進的科學技術發明之一，對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響，并以強大的生命力飛速發展。它的應用領域從最初的軍事科研應用擴展到社會的各個領域，已形成了規模巨大的計算機產業，帶動了全球范圍的技術進步，由此引發了深刻的社會變革。

計算機與X光結合，最終產生了一種最實用的醫學人體檢查方式——CT。CT是電子計算機斷層掃描的簡稱，醫學原理就是利用精確準直的X線束、γ射線、超聲波等，與靈敏度極高的探測器一同圍繞人體的某一部位作一個接一個的斷面掃描。CT與X光的區別，可以用一個比方來解釋：把胡蘿卜放在X光線下直接透視看是X線技術，把胡蘿卜切成片觀察每片的結構是CT技術。

CT的誕生，是兩位醫學家的不懈努力。他們就是科馬克和豪斯菲爾德。由于發明CT掃描儀，他們共同獲得1979年度的諾貝爾生理學和醫學獎。

科馬克是美國人，他從小立志當一名天文學家，并為此在南非聯邦開普敦大學攻讀了碩士學位。后來，他回到美國，在坎布里奇大學學習了兩年，然后再來到開普敦，搞起了醫用物理學。科馬克遇到了這樣一個問題：對于象頭骨等基本上呈圓形的器官，用一般方法拍得的X光片子效果不好。片子上是二維圖像，不具備三維空間的分辨能力，因此須從不同角度拍攝若干張片；但即使是這樣，效果也并不理想。 科馬克設計了一種“CAT掃描器”即“計算機控X射線層析掃描器”。當該掃描器上的發射器繞病人的頭部（或其他部位）轉動時，會發出一系列短脈沖輻射，不是落到照相底片上，而是為同時一道轉動的電子探頭接收。計算機對接收來的信號進行分析后，便可給出檢查部位有關情況的三維圖像。這種CAT掃描器自1973年進入臨床應用后，極大地改進了對大腦和其他組織病變的確診能力。它的唯一缺點是制造成本和使用費用都極為高昂。

科馬克認為，要改進放射治療的程序設計，應把人體構造和組成特征用一系列前后相繼的切面圖像表現出來。他運用多種材料、多種形狀的物體直至人體模型作實驗，同時進行理論計算。經過近10年的努力，他終于解決了計算機斷層掃描技術的理論問題，于1963 年首先建議用X射線掃描進行圖像重建，并提出了精確的數學推算方法。科馬克雖然沒有最終發明CT掃描儀，但他為這項技術的誕生奠定了基礎。

1967年，英國電子工程師豪斯菲爾德在并不知道科馬克研究成果的情況下，也開始了研制一種新技術的工作。他首先研究了模式的識別，然后制作了一臺能加強X射線放射源的簡單的掃描裝置，即后來的CT，用于對人的頭部進行實驗性掃描測量。后來，他又用這種裝置去測量全身，獲得了同樣的效果。1971年9月，豪斯菲爾德又與一位神經放射學家合作，在倫敦郊外一家醫院安裝了他設計制造的這種裝置，開始了頭部檢查。10月4日，醫院用它檢查了第一個病人。患者在完全清醒的情況下朝天仰臥，X線管裝在患者的上方，繞檢查部位轉動，同時在患者下方裝一計數器，使人體各部位對X線吸收的多少反映在計數器上，再經過電子計算機的處理，使人體各部位的圖像從熒屏上顯示出來。這次試驗非常成功。1972年4月，豪斯菲爾德在英國放射學年會上首次公布了這一結果，正式宣告了CT的誕生。

科馬克和豪斯菲爾德研究的CT物理原理就是，X光穿過人體被IP吸收形成潛影，通過激光激發，IP釋放出光子，通過光電倍增管轉換成電信號；通過數模轉換把圖像存儲于計算機中，或打印成膠片。 由于存儲于光激勵熒光粉中的能量在激光讀取過程中不會全部釋放，所以成像板需要用高強度熒光燈照射刷除，以用于下一次成像。X光比傳統膠片成像有更高的成像寬容度，因此X光可用于曝光條件差的環境比如床邊造影。并且由于CR有數字圖像處理技術的支撐，所以在曝光不足和過曝光的情況下，可通過圖像處理技術進行修正而無需重新成像。X光照射劑量并不是天然的比傳統膠片X光成像低，只是因為X光的曝光寬容度比較高，所以對曝光不足或者過曝光有很好的容忍度。數字化，更高的曝光容忍度，比膠片成像低的分辨率可以被更高的對比度所彌補。

經過多年實踐驗證，CT的發明，給人類醫學、電子掃描、測速導航等科技領域帶來了極大的便利。隨著科學技術的日益發達，這個由X光與計算機美好結合的產物，必將有著更廣闊的前景。

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CT X光與計算機的美好結合

圖文簡介

1895年，倫琴在探索陰極射線本性的研究中，意外發現了一種穿透性很強的電磁波射線。他把這種新發現的電磁波命名為X光，又叫X射線，“X”是無法了解的意思。