-技术的突破

X-CT技术的突破

现代临床诊断迫切需要一种能直接看到组织横断面结构的诊断技术，以弥补传统X射线技术的不足，即要找到一种方法能排除成像平面外的干扰，以获得三维信息的图像。这种要求促使人们对传统X射线技术手段进行大胆更新，计算机X射线断层扫描（X——CT）技术就是医学影像技术的重要突破。

计算机X射线断层扫描的设想，可以追溯到1917年奥地利数学家雷当的一篇论文，他建立了“雷当变换及逆变换的方法”，从数学研究中推导出重建图像的定理，证明任何一个物体都可以由它所在方向上的投影来决定。三维物体可以从无限多个不同角度投影，从而用数学方法重建它的图像，提出了“从投影重建图像”的科学设想。可是，这一直没有引起人们的重视。现代投影图像重建的数学方法主要是由美国物理学家布雷斯威尔和美籍南非物理学家科马克分别建立的。他们进行了以应用为目标的早期技术试验，揭示了计算机X射线断层扫描图像产生的基本原理。

在计算机X射线断层扫描发明之前，1961年，奥尔登多夫就把投影图像重建方法应用于医学领域，研制成用γ射线进行投射成像的初级装置。1963年，库尔和爱德华兹还研制成了发射成像装置。虽然，因技术条件的限制，这些实验装置未能发展到实用阶段，但这些试验工作，推动了传统X射线诊断技术的更新，促成了计算机X射线断层扫描技术的最后突破。

美国物理学家科马克因创立X射线断层摄影技术理论，英国科学家豪斯菲尔德因成功研制出世界上第一台计算机X射线断层扫描仪共同获得1979年诺贝尔生理学或医学奖。科马克和豪斯菲尔德尔两位科学家都非出自医学领域，然而他们完成了医学技术领域一次革命性飞跃。计算机X射线断层扫描技术的发明将医学诊断技术引向了“空间立体”时代，科马克和豪斯菲尔德开创了诊断学的新纪元。

科马克出生于南非的约翰内斯堡，1944年获得开普敦大学物理学学士学位，1945年获物理学硕士学位，1955年获得哈佛大学物理学博士学位。1957年，受聘于美国马萨诸塞州培夫茨大学，并加入美国籍。

1957年，科马克为解决放射治疗计划中剂量的正确分布问题，而研究X射线穿过人体后的衰减值，曾在开普敦一家医院兼职做过半年放射性核素研究工作，对X射线技术应用的局限性有所了解。对头骨等基本上呈圆形的器官，用一般方法拍摄的X线片是二维图像，效果不是很好，须从不同角度拍摄若干张X线片，即使这样，由于不具备三维空间的分辨力，效果仍不理想。要着手改进，就必须知道X射线在人体组织的衰减分布系数，并在体外测出这种分布。他推算出人体不同组织吸收X射线的数学公式，解决了许多理论性计算及相关的数学问题。

1963～1964年，科马克在《应用物理学杂志》上，发表了2篇题为《用线积分表示函数的方法及其在放射学上的应用》系列文章。1963年，他将图像重建的“解析法”用于X射线投影模仿人头颅的数据模型，他采用的比值相当于病理组织与正常组织之间的放射性核素浓度的比值。技术模拟试验表明，实际值同计算值相符，从而解决了计算机断层扫描技术的理论问题。科马克虽然没有最终发明计算机X射线断层扫描技术，但奠定了投影图像重建的理论基础。

豪斯菲尔德1919年出生于英国诺丁汉，从小就对器械、电器有浓厚的兴趣。中学毕业后，就读于伦敦吉尔德学院无线电通信专业。1939年，参加英国皇家空军服役至1946年，其间曾在皇家空军雷达学校任教。战后进入伦敦法拉第·豪斯电气工程学院学习。1951年到电气乐器工业有限公司从事电子计算机设计和模式识别的研究工作。1961年开始主持计算机处理层析图像技术的研究。他研究计算机X射线断层扫描并不是从医学角度入手，而是通过图像识别的研究进入医学影像技术领域的。作为计算机与图像处理专家，他关心的问题是计算机能否根据对物体的一系列投影数据重建一张照片，而这一技术目标的实现，正好与医学放射诊断技术的迫切需求吻合，促成了计算机图像处理与医学诊断的有机结合。

1967年，豪斯菲尔德根据投影重建图像的理论开始设计，并进行了计算机X射线断层扫描试验。以放射性核素镅的γ射线作照射源、碘化钠晶体作检测器，将一台普通车床改装成旋转扫描架，以有机玻璃柱为模型，花了9天时间才完成对模型的扫描。他采用穿孔纸带记录收集的数据，输入大型计算机，经过2个半小时的数据处理才完成图像重建。这次试验虽然扫描和数据处理速度都很缓慢，但图像的分辨率结果令人鼓舞，预示了很好的发展前景。

为了缩短扫描时间，他改进了装置，采用工业X射线管取代γ射线源，得到了测量精度近于0.5%的脑标本的计算机X射线断层扫描图像。技术试验成功后，在英国政府的资助下，1969年开始研制以X射线为放射源，以迭代法重建图像的计算机X射线断层扫描机。1971年9月完成研制。

CT扫描

为了加快临床应用，他同神经放射科医生安布罗斯合作，将第一台计算机X射线断层扫描机安装在伦敦郊外的阿特金森·莫利医院，对颅脑疾病进行断层图像显示的临床观察。1971年10月4日，这台计算机X射线断层扫描机首次为一位41岁的女病人做检查，清晰地显示出左额叶的囊性肿瘤，摄取了医学技术史上第一张CT片。患者是在完全清醒的情况下，朝天仰卧，X射线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X射线吸收的多少反映在计数器上，再经过计算机的处理，使人体各部位的图像在荧屏上显示出来。

1972年4月，豪斯菲尔德和安布罗斯在英国放射学会年会上，正式宣告计算机X射线断层扫描机的诞生，世人为之震惊。计算机X射线断层扫描技术成功地克服了原X射线图像的缺点，可以清晰地呈现人体精确的横截面图，从而为作出医学诊断提供了更为精确的依据。

医学诊断技术发展到今天，计算机X射线断层扫描检查并不是唯一的方法，还应与核医学显像仪、超声断层摄影仪、热像图仪和普通X射线机等相互配合，形成完整的医学图像成像技术诊断系统。

豪斯菲尔德使科马克的理论和预言成为现实。计算机X射线断层扫描机的研制成功被誉为自伦琴发现X射线后，放射诊断学上最重要的成就和革命性的突破，是人类仪器诊断技术发展史上取得的重大技术进步之一，成为当代医学诊断技术的一个重要标志。

计算机X射线断层扫描技术的突破，离不开杰出人才的天才创造。但计算机X射线断层扫描技术的发明过程也说明“巧妇难为无米之炊”，杰出人才只有在科学技术条件成熟时，才能用新技术代替旧技术，把握时机做出重大的发明创造。