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X-CT设备的发展史
作者:管理员    发布于:2016-01-26 16:46:42    文字:【】【】【

    一、先驱者
      奥地利数学家J.Radon在1917年证明二维或三维的物体能够从它投影的无限集合来单一地重建影像,这一理论出现在X线断层影像发明之前5年。1938年在汉堡C.H.F.Mubler的Gabriel Frank首次在一个专利中描述影像重建技术在X线诊断中的应用,他设想用一个光学方法,使用一个圆柱型的透镜把已记录在胶片上的投射影像反投射到另一胶片上,然而,这一直接反投影方法从未能产生比通常的X线断层影像质量更好的影像。Bracewell在1956年将影像重 建原理应用于射电天文学,目的是重建太阳微波发射的影像。
      1961年Oldendorf叙述了一种 获得头颅中断层密度分布的影像方法,在他的实验中,原始的脑模型是由带有铁钉环的塑料块组成的,他使用同位素131I的放射源和带有闪烁晶体的光电倍增管作为探测器,并采用直接反投影方法作影像重建,结果能分辨模型中的铁钉。 
      1963年,A.M.CormAck成为正确应用影像重建数学的第一位研究者。同一时期,Cameron和So renson应用反投影技术测量活体内骨密度的分布。 Kuhl和Edwards使用了投影方法和数学处理,为了对复杂分子作电镜观察,还发展了复杂的重 建算法,对脑横断层扫描的发展作出了贡献。

   二、Godfrey Hounsfield的发明 
      Godfrey Hounsfield于1967年发明CT设备的基本组成部分:重建数学、计算技术、X线探测器。那时,他在EMI实验研究中心从事影像识别和用计算机存储手写字技术的研究。他证实了有可能采用一种与直接电视光栅方式不同的另一种存储方法,这种方法使信息检索更为有效。 
      对信息传送精确度的研究表明,X线影像可能是使用信息检索新方法中受益最多的一个领域 。但是这里存在着一个严重的缺点,即将一个二维物体影像迭加在二维胶片上,而且胶片对 X线又很不敏感,就会导致信息量减少。理论计算证明,在扫描一个物体和重建它的影像时 ,应能分辨出衰减系数差0.5%的人体组织。
      有人提议从三维物体的各个方向取读数,但是后来断层的方法似乎更适用于影像重建和诊断 ,这就意味着仅需要从单一平面里获取透射的读数。因此,每个光束通路都可以看作联立方程组中许多方程之一,必须解这些联立方程组才能获得该平面的影像。豪恩斯菲尔德根据这个原理用数学模拟法加以研究,然后用同位素作放射源进行试验,用9 天时间产生了数据组,用2~5 h重建出影像。试验结果尽管只能区别衰减系数相差4%的组织,但这一成功还是相当惊人的。James Ambrose博士以人脑组织标本做了扫描研究,结果表明,大有成功的希望,于是决定制造能够供临床使用的机器。 
      第1台原型仪器于1971年9月安装在Atkinson Moreley医院。1971年10月4日检查了第1位被检者。在1972年4月的英国放射学研究年会上宣告EMI X-CT扫描机诞生了。接着,同年11 月在芝加哥北美放射学会(RSNA)年会上向全世界宣布。Godfrey Hounsfield的贡献在于可以在不伤害被检者而且被检者无任何不适感的条件下对人脑和其他软组织进行检查。 
      Godfrey Hounsfield因为这个对医学诊断学的贡献而受到一系列的奖励:1972年Meroberl奖,1974年Ziedses断层奖章,1979年的诺贝尔医学奖。

   三、CT设备的演变 

      1.第1代CT扫描机
      用于影像重建过程的基本输入是在180°范围内所有的平行射束集合,最简单的办法是通过放在扫描机架上的X线管,产生单一的X线束,在被检者另一侧的机架上放置探测器。X线经过准直器,使之只有沿着焦点和探测器之间的直线辐射线穿过被检者,然后再以一定的速度在与辐射线垂直的方向上移动扫描机架,获得一组透射测量数据。接着扫描架环绕垂直于扫描 平面的中心轴线旋转一个小角度(例如1度),然后再作新的平移扫描,再旋转一个小角度,如此下去,直到旋转180°,完成全部数据集合读取过程,作为影像重建的原始数据资料, 
      第1台EMI X-CT扫描机是根据这一概念进行设计的,只限于作脑扫描检查。这对神经放射学有极大的影响。因为在当时,该领域缺乏诊断工具。 
      Robert Ledley 博士试图应用第1代扫描机的原理对全身作检查,设计并制造了被称为A CTA的全身扫描机原型。在1974年2月14日为第1位被检者做了检查。尽管获得的影像很模糊 ,但它昭示了全身扫描机的未来。 

      2.第2代CT扫描机
      第2代CT扫描机只是在第1代扫描机的基础上,在1个扇形角度内安放几个探测器代替1个探测器。
      在1次平移时间内,有几个探测器同时记录许多平行射束。然而它们是在不同角度下同时被记录的,结果X线被利用的部分较多。每次机架平移以后的旋转角不再是1°那样小的角度,而是转过与包括探测器阵列的X线扇形顶角一样大的角度。 
      第2代CT机的第1台扫描机Delta 50在1974年12月由俄亥俄核子公司推出。它有2 行探测器,每行3个。1975年3月EMI公司推出带有30个探测器的扫描机。当探测器数量增加1 0倍时,扫描速度几乎提高10倍。
      由于第1代和第2代CT机扫描速度慢,仅被应用于神经科检查,因为头颅和脊椎能较方 便地固定,不会因器官的运动引起伪影。第2代快速CT扫描机开始用作全身检查. 

      3.第3代CT扫描机 
      第3代CT扫描机有一种完全新型的结构。平移运动已经被取消,探测器安装的扇形角度 已扩大到全身横面,并将300~1000个探测器依次排列在一个扇形区域内。
      第3代CT扫描机旋转速度也大大提高,旋转1周约1.9~5 s。由于旋转速度快,被检者可屏住呼吸,使体内器官位置相对固定,因而几乎很少引起运动伪影。 
      第3代CT扫描机是1974年由Artronix公司首次生产的脑扫描机。1975年夏天通用电气公司(GE)推出了乳房扫描机。1977年春天飞利浦公司研制出第3代CT机的改进型,其中包括几何放大原理的应用,它改变了X线源和旋转轴之间的距离,同时X线源和探测器相对关系保 持固定,这就意味着可根据使用要求扫描较小或较大的区域,且都使用尽可能多的探测器,因而在扫描较小的物体时,能得到较高的空间分辨率。
      第3代CT机目前应用最广泛,为改进其空间分辨率,各厂商纷纷增加探测器的数量。

      4.第4代CT扫描机
      第4代CT扫描机是在第3代的基础上发展起来的,其探测器形成一个环形阵列,扫描时探测器静止不动,X线球管在探测器阵列圈内旋转扫描,这种结构消除了探测器故障引起的环形伪影。

 
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