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<section><section><p><span><strong></strong></span><strong><span><span>自</span><span>1895年伦琴发现X-射线以来，医用X-射线成像从投影成像扩展到断层成像；从几何断层成像发展到计算机断层成像；从传统的CT扫描发展到螺旋扫描；从吸收成像扩展到相位成像；从扇束CT发展到锥束CT；从单源成像扩展到双源乃至多源成像。从‘单能’扩展到‘双能’乃至能谱或彩色CT成像；从机械扫描经历了电子扫描；如此等等，不一而足。现在的X-线成像系统单位时间内取得的数据愈来愈多，病人所受剂量愈来愈少。广义上讲无论哪种X-线成像模式均可看作一个系统，系统内的组件主要由三大模块组成：X-射线源、检测器以及运动控制模块。不同的成像方式是由各式射线源、各种检测器以及它们与成像对象间的相对位置和相对运动（扫描方式）演绎而成。系统的输入是待成像对象（人体），系统的输出是图像（数据）。我们希望成像系统是理想的，也就是其点扩展函数是δ函数。对医学诊断还要求数据采集高速度、低剂量和低成本。像任何事物一样，医学X-射线成像术的发展有高潮、有低潮，有时发展快些，有时发展慢些。本文拟从一个视角扫描其发展历程，俾能以史为鉴，有所启迪......</span></span></strong><span></span></p></section></section><p><br /></p><p><p><img src="image/20201014/4b727dc97bc3ea25bc4b8d52c4f63b03_1.jpg" /></p><br /></p><p><span>1895年11月，德国物理学家<span>威尔姆·康拉德·伦琴在科研实验中</span>发现了X射线，三天后伦琴的夫人偶然看到了手的X射线造影，这使得随后陆续发展形成的X</span><span>射线摄影技术<span>成为了</span>人类科技史诗的新篇章......</span></p><p><span><br /></span></p><p><span><strong>强烈建议你看完下面这个视频</strong></span><br /><iframe src="https://v.qq.com/iframe/player.html?vid=v0174w5r5ej&auto=0" width="100%" height="580" frameborder="0"></iframe><br /></p><p><span>1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础......</span><br /></p><p><span><p><img src="image/20201014/c9ce10fd095c15b3466c2bdb47bd3e0e_2.jpg" /></p><br /></span></p><p><span><p><img src="image/20201014/06bef7c77f48ef5d508ce31e802eecbf_3.jpg" /></p><br /></span><span>1967年，英国电子工种师高弗雷·豪斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT。</span></p><p><span><br /></span></p><p><strong><span>用牛脑标本进行实验</span></strong></p><p><span></span></p><p><p><img src="image/20201014/01077b0f0f1336f0ed3425865b07be3a_4.jpg" /></p></p><p><span><strong><span><br /></span></strong></span></p><p><span><strong><span>人类历史上第一个CT图片</span></strong></span></p><p><p><img src="image/20201014/4311d1fce2ed88f7f2a621a9b85a1c45_5.jpg" /></p></p><p><span>后来用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。</span></p><p><span><p><img src="image/20201014/554eed340534deae48158cc3a2fe47c5_6.jpg" /></p><br /></span></p><p><span>1971年9月，高弗雷·豪斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家叫Atkinson Morley医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。</span></p><p><span><p><img src="image/20201014/bd05d760f6347f5b990b7f8745411c3c_7.jpg" /></p><br />10月4日，医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X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线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。当时这台机器的速度是这样的，5分钟扫描一个层面，2小时运算。</span></p><p><span></span></p><p><p><img src="image/20201014/19f8840d68133a673fed22ea395d93d3_8.jpg" /></p></p><p><p><img src="image/20201014/cedfc63c46d8249334d0a9565f3ce4d4_9.jpg" /></p></p><p><span><strong>当时的原形机</strong></span></p><p><p><img src="image/20201014/51781934f6ce04ccdb67e75214f32b62_10.gif" /></p><br /></p><p><strong><span>第一张人体脑部的CT</span></strong></p><p><p><img src="image/20201014/cd200a643f4723964809590c194102c6_11.jpg" /></p></p><p><p><img src="image/20201014/788bed4902fe44190521e77544cb7122_12.jpg" /></p><br /></p><p><span>1972年4月，高弗雷·豪斯费尔德在北美放射学年会(RSNA)上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。</span></p><p><span></span></p><p><p><img src="image/20201014/6c3874636c23f3baf43e09bab0ee56f8_13.jpg" /></p></p><p><strong><span>看那个标示——C.T.SCANER首次出现在RSNA 上</span></strong></p><p><p><img src="image/20201014/5f830347001fda48e81aa7db3bcd489c_14.jpg" /></p></p><p><span><strong><span>CT的出现在RSNA上引起了巨大反响</span></strong></span></p><p><p><img src="image/20201014/d9015e876bde121cc7dce90421c08c6b_15.jpg" /></p><br /></p><p><span>这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就! </span></p><p>1972<span>年EMI公司取得世界上第一幅CT图像；Hounsfeld 教授因此发表了世界上第一篇CT论文；</span></p><p>1974<span>年SIEMENS公司研制成第二代头颅CT——Siretom 2000；</span></p><p><span></span></p><p><p><img src="image/20201014/aff958e715a7bb4d9bb8503803c93c97_16.jpg" /></p></p><p><p><img src="image/20201014/398e4e2d7fffd9866251791baf7e2318_17.jpg" /></p></p><p>1975年西门子研发的CT也首次出现在RSNA上......</p><p><span></span></p><p>1977<span>年第一台全身CT Somtom 在SIEMENS公司问世；</span></p><p><span><p><img src="image/20201014/21808d19f1e476ac9d4e03175ef18cbf_18.jpg" /></p><br /></span></p><p><strong><span>第一张人体横截面的CT图</span></strong></p><p><span></span></p><p><p><img src="image/20201014/6136a2d5a0a7d85c9b27cdba16fe7102_19.jpg" /></p></p><p><p><img src="image/20201014/1d2fd226f044c664747bef54c616e479_20.jpg" /></p></p><p><p><img src="image/20201014/88d98c3ab4d2cf1fe9c584961e1f28a2_21.jpg" /></p></p><p><br /></p><p><strong><span>高弗雷·豪斯费尔德和科马克共同获取1979年</span></strong><a target="_blank" rel="nofollow"><strong><span>诺贝尔生理学或医学奖</span></strong></a></p><p><p><img src="image/20201014/38b2f2f26c659230eef12a97a618f914_22.jpg" /></p><br /></p><p><span><br /></span></p><p><span>1<strong>97</strong></span><strong><span>4年的脑部图像到了1983年图像清晰度已经有了本质的提升</span></strong></p><p><p><img src="image/20201014/73668621062ce0bc96543d005ceac222_23.jpg" /></p></p><p><br /></p><p><span>而今，各种CT已广泛运用于临床医疗诊断上，多数系统已支持强大的三维重建功能（如下图）</span><br /></p><p><span><p><img src="image/20201014/0aef0072463b87e460e37c80325f8c35_24.jpg" /></p><br /></span></p><p><span></span></p><p><span>今天的CT系统按其适用范围可分为头颅CT、口腔CT、乳腺CT、全身常规CT</span><span>。</span></p><p><p><img src="image/20201014/6d8989cf8ab2dce0884d5971782790a6_25.jpg" /></p></p><p><span><strong>头颅</strong></span></p><p><span><span><strong><br /></strong></span></span><p><img src="image/20201014/a9952be07e234827aee6459c9fa2639c_26.jpg" /></p></p><p><span><strong>口腔</strong></span></p><p><br /><p><img src="image/20201014/45da8a89a5f9b574af402be5ae860274_27.jpg" /></p><br /><span><strong><span>乳腺</span></strong></span></p><p><span><strong><span><br /></span></strong></span></p><section data-id="85832" data-color="rgb(117, 117, 118)" data-custom="rgb(117, 117, 118)"><section><section><blockquote><p><span>(关于常规CT)</span></p><p><span><p><img src="image/20201014/3da89dbc7a0601ad474fd8b68fed6b68_28.jpg" /></p><br /></span><strong>第一代：</strong><span>采取</span><strong>旋转</strong><span>/平移方式（rotate/translate mode）进行扫描和收集信息。首先X线管和相对应的探测器作第一次同步平行移动。然后，环绕患者旋转1度并准备第二次扫描。周而复始，直到在180度范围内完成全部数据采集。由于采用笔形X线束和只有1－2个探测器，所采数据少，因而每扫一层所需时间长，图像质量差。</span></p><p><br /></p><p><span><strong>第二代：</strong>X线束改为扇形，探测器增多至30个，扩大了扫描范围，增多了采集的数据。因此，<strong>旋转</strong>角度由1度增至23度，缩短了扫描时间，图像质量有所提高，但仍不能完全避免患者生理运动所引起的伪影（Artifact）</span></p><p><br /></p><p><span><strong>第三代：</strong>控测器激增至300-800个，并与相对的X线管只作<strong>旋转</strong>运动（rotate/rotate mode）。因此，能收集较多的数据，扫描时间在5s以内，使伪影大为减少，图像质量明显提高。</span></p><p><br /></p><p><span><strong>第四代：</strong>控测器进一步增加，高达1000-2400个并环状排列而固定不动，只有X线管围绕患者<strong>旋转</strong>，即旋转/固定式（rotate/stationary mode）。它和第三代机的扫描切层都薄，扫描速度都快，图像质量都高。</span></p><p><span><br /></span><strong><span>第五代：</span></strong><span>轴扫描缩短到50ms以内，因而解决了心脏扫描。其中主要结构是一个电子枪，所产生的电子束（Electron beam）射向一个环形钨靶，环形排列的探测器收集信息。</span></p></blockquote><p><qqmusic scrolling="no" frameborder="0" musicid="330922" mid="000zG0g70JbQsW" albumurl="/3/e/000T4I2N2JH73e.jpg" audiourl="http://ws.stream.qqmusic.qq.com/330922.m4a?fromtag=46" music_name="Engel" commentid="277447773" singer="Gregorian - The Dark Side (Special Rock Edition) 黑夜极光" play_length="359000" src="https://mp.weixin.qq.com/cgi-bin/readtemplate?t=tmpl/qqmusic_tmpl&singer=Gregorian%20-%20The%20Dark%20Side%20(Special%20Rock%20Edition)%20%E9%BB%91%E5%A4%9C%E6%9E%81%E5%85%89&music_name=Engel"></qqmusic></p></section></section></section><p><strong></strong></p><section data-id="85832" data-color="rgb(117, 117, 118)" data-custom="rgb(117, 117, 118)"><section><section><blockquote><p><span><strong><span>全球CT发展大事记</span></strong></span></p><p><span></span></p><p><span><strong></strong></span></p><p><span><strong>1.国际领域</strong></span></p><p><span>1913<span>年，Coolidge引入”热阴极”静止阳极X-线管[1]；</span></span></p><p><span>1921<span>年，Bocage在一篇法国专利中描述了一种断层成像（几何断层成像Geomeric Tomography）方法；</span></span></p><p><span>1921<span>年~1922年，在Netherlands 工作的Ziedes Plantes 独立地开发出该方法[1]；</span></span></p><p><span>1930<span>年，旋转阳极X-线管问世（这个概念早在1897年就由Thomson E教授提出）；</span></span></p><p><span>1931<span>年，Ziedes Plantes发表了他研究几何断层成像的结果与实际应用，并讨论了多切面放射摄影（muttisection radiography）；</span></span></p><p><span>1932<span>年，几何断层成像术（分层片，X-射线体层摄影术）付诸应用；</span></span></p><p><span>1947<span>年，同步辐射光源发现；</span></span></p><p><span>1948<span>年， X-线影象增强器问世[2]；</span></span></p><p><span>1955<span>年， R.W. Stanford研制出静电放射摄影（干板摄影，Xeroradiography）；</span></span></p><p><span>1956<span>年， X射线电视问世；</span></span></p><p><span>1971<span>年，Grant 发明模拟断层组合成像术（Analog Tomosynthesis）；同年，G.N.Hounsfeld在EMI公司研制成世界上<strong>第一台头颅CT</strong> (Computed Tomography，计算机断层扫描仪)，并于同年9月安装于伦敦Atkinson-Morley医院；</span></span></p><p><span>翌</span></p><p><span>1972<span>年，EMI公司取得世界上第一幅CT图像后，Hounsfeld等发表了世界上第一篇CT论文；</span></span></p><p><span>1974<span>年，SIEMENS公司研制成第二代头颅CT——Siretom 2000；</span></span></p><p><span>1977年，第一台全身CT Somtom 1在SIEMENS公司问世；<br /></span></p><p><span>1979<span>年，G.N.Hounsfield、A.M. Cormack 获1979年诺贝尔生理和医学奖；</span></span></p><p><span>1980<span>年，动态空间重建器(Dynamic Spatial Reconstructor，DSR)在Mayo Clinic建成；该机1973年就开始研制[12]；</span></span></p><p><span>1983年，电子束CT（Electronic Beam CT, 或EBCT），C100问世（加州大学<br /></span></p><p><span>旧金山分校<span>）；</span></span></p><p><span>1988年，平板检测器在Xerox，PARC研制成功[4]；</span></p><p><span>1989年，<span><strong><span>第一台螺旋CT</span></strong></span><span>（Spiral CT）由SIEMENS研制成功[5]；螺旋CT的新构想由日本学者Issei Mori于1983年提出。他就这一新构想在1983年12月申请了美国专利，并在1986年12月正式获得专利授权[6]；</span></span></p><p><span>1993<span>年， 双层螺旋CT (CT-MxTwin)在Elsint 公司下线，开创了多层螺旋CT的时代；</span></span></p><p><span>1996年， <span><strong>第一台CBCT</strong></span>(cone beam CT，锥形束CT）——口腔CT，New Tom 9000，由意大利QR s.r.l公司制成。对Spiral CBCT扫描的理论研究最先由王革教授于1991年开创[8]；<br /></span></p><p><span>1997<span>年，数字组合断层成像 (Digital Tomosynthesis, DT) 出现，在2004年的RSNA上有产品展出；</span></span></p><p><span>1998<span>年，4层螺旋CT，由GE、Marconi、SIEMENS制成；</span></span></p><p><span>2001<span>年，16排CT—— GE lightspeed 16问世；</span></span></p><p><span>2004年，64排螺旋CT由GE、PHILIPS、SIEMENS、TOSHIBA等公司独立制成；同年，256层螺旋CT由TOSHIBA公司研制成功；</span></p><p><span>2005<span>年，<span><strong>第一台双源螺旋CT</strong></span><strong> </strong>(Dual Source CT) ——SOMATOM Definition在SIEMENS公司问世；</span></span></p><p><span>2007<span>年，东芝 320排螺旋CT acquilion one研制成功；</span></span></p><p><span>2007<span>年，<span><strong>第一台宝石能谱成像CT</strong></span><strong>——</strong>Discovery CT750由GE公司研制成功，并在RSNA上展出;</span></span></p><p><span>2008年，<span>Discovery CT750</span>获FDA批准;</span></p><p><span>2014年，能谱成像技术的最新革新产品——revolution CT在GE面世，实现了16cm探测器、29ms时间分辨率、0.23mm空间分辨率；</span></p><p><span><br /></span></p><p><span><strong>2. <span>国内领域</span></strong></span></p><p><span>1955<span>年，国产X-光管诞生(复旦大学、上海精密医疗器械厂)[9]；</span></span></p><p><span>1958<span>年，国产手提X-线机诞生(杭州医疗器械厂)；</span></span></p><p><span>1983<span>年，自主研发出碘化铯影像增强器(上海医疗器械九厂)；</span></span></p><p><span>1983年，我国第一台颅脑CT，XDN-1，在上海诞生并通过鉴定；</span></p><p><span>1988年，我国第二代颅脑CT，JD-21，在上海研制成功；<br /></span></p><p><span>1990年，中华I号全身CT于12月25 日在上海通过鉴定；</span></p><p><span>1994年，东大阿尔派全身CT扫描仪CT C6000问世；</span></p><p><span>1998年，东大阿尔派全身CT C-2000投放市场；</span></p><p><span>2000年，东大阿尔派制成中国第一台螺旋CT——C-3000，并投放市场；<br /></span></p><p><span>2009年，东软NewViz 16排螺旋CT问世；</span></p><p><span>2012年，东软NewViz 64层螺旋CT问世；</span></p><p><span>2012年，清华朗视公司研制成口腔锥束CT (CBCT)，并获准生产;</span></p><p><span>2014年，<span>东软NewViz 128层<span>螺旋CT问世；同年，由联影制造的世界首台96环PET-CT开始投放市场；</span></span></span></p><p><span>2015年，由科宁（天津）医疗设备有限公司制造的中国境内生产的首台乳腺CT通过了CFDA认证；同年7月，杭州高能医疗设备有限公司生产的中国首台乳腺PET开始投放市场</span></p><p><br /></p><p><span><strong>*参考文献</strong></span></p><p><span>[1] Euclide S. X-ray Imaging Equipments[M]. Illinois: Charles C Thomas Publisher, 1985.</span></p><p><span>[2] Krestel E. Imaging systems for medical diagnostics[M]. Berlin and Munich: Siemens Aktiengesellschaft, 1990.</span></p><p><span>[3] Grant DG. Tomosynthesis: a three-dimensional radiographic imaging technique [J]. IEEE Trans Biomed Eng, 1972, 19(1):20-28.</span></p><p><span>[4] Antonuk LE, Boudry J, Yorkston J, et al. Development of thin <span>flm ?at panel arrays for diagnostic and radiotherapy imaging[J]. SPIE, 1992, 1651: 94-105.[5] Kalender WA. X-ray computed tomography [J].Physics in Medicine and Biology, 2006, 51 R29-43.</span></span></p><p><span>[6] Issei Mori. Computerized tomographic apparatus utilizing a radiation source[P]. US: 4630202, 1986.</span></p><p><span>[7] 李铁. 医学影像设备的十年回顾[J]. 中国医院设备采购指南, 2005上.</span></p><p><span>[8] Wang G, Ye Y, Yu H. Approximate and exact cone-beam reconstruction with standard and non-standard spiral scanning[J]. Phys Med Biol, 2007, 52(6): R1-R13.</span></p><p><span>[9] 唐东生. 中国现代医用设备产业发展回顾[J]. 中国医疗器械信息, 2010, 16(1): 12-25.</span></p><p><span>[10] Allsopp CB. Physics methods in medical diagnosis[J]. Brit J Appl Phys, Suppl, 1957, 8(S6): S40-S47.</span></p><p><span>[11] <span>庄天戈.医学放射成像与医学影像信息学[J].中国生物医学工程学报, 2008, 27(2): 169-173,181.</span></span></p><p><span>[12] 庄天戈. CT原理与算法[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 1992.</span></p></blockquote><p><br /></p></section></section></section><p><strong></strong><span><strong>相关阅读</strong></span><br /></p><p><span>【放射时间】</span>CT血管造影（CTA）20年的发展之路（连载一）<br /></p><p><span>【放射时间】</span>你所不了解的PET和PET-CT（产品篇）<br /></p><p><br /></p><p><br /></p><p><p><img src="image/20201014/d74bb4cd1851a840886ab99858198206_29.jpg" /></p></p>
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发表于 2020-10-14 20:57:55