第一节 CT 机的基本构造和原理¶

1895年11月8日，德国著名物理学家威•康•伦琴（W．K．Roentgen）在一次阴极真空射线管放电实验中偶然发现了 X 线，它不仅是对物理学的巨大贡献，也为放射诊断学的创立和发展奠定了基础。 100 多年来放射诊断学获得了迅猛的发展。1969年英国物理学家G．N．Hounsfield 利用人体对 X 线的吸收原理，结合计算机的图像重建和处理功能设计了计算机断层扫描机（computed tomography，简称 CT），这一成果于 1972 年向全世界宣告。这种图像质量好、诊断价值高的成像方法，使放射诊断学发生了重大突破，是对现代医学的卓越贡献。为此，Hounsfield 获得了 1979 年诺贝尔医学生物奖。

1. 一、 CT 的发展简史¶

1967 年 CT 的基本组成部分即重建数学、计算机技术和 X 线探测器都已具备。那时，Hounsfield 在 EMI 实验研究中心，从事图像识别和利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。

首先，有人提议从三维物体的各个方向取读数。但后来的断层方法似乎更适用于图像重建和诊断。它意味着仅需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中的许多方程之一，必须解这组联立方程才能获得该平面的图像。此原理用数学模拟法加以研究。然后经过反复实验，并用 X 线进行人脑组织标本扫描研究，于1969年 Hounsfield 设计成功 CT 机。第一个原型设备于1971年9月安装在 Atkinson Morley 医院，1971年10月4日检查了第一个病人。在1972年4月英国放射学家研究年会上宣告 EMI 扫描机诞生了，接着在同年 11 月芝加哥的北美放射学会（RSNA）年会上向全世界宣布。1973年在英国放射学杂志上报道。1974年美国 George Town 医学中心工程师 Ledley 设计了全身 CT 机，从此 CT 告别了只限于头颅检查的时代。1985 年开发了滑环技术，1989 年单方向连续螺旋型 CT即螺旋 CT 的问世，是滑环技术的体现，是 CT 发展的重大突破。1991 年开发了亚毫米扫描和双螺旋 CT。 1998年多层螺旋 CT 机问世，SIEMENS、GE、PICKER、TOSHIBA 公司都相继生产。1983 年超高速 CT（ultrafast CT，UFCT）又称电子束 CT（electron beam technology CT，EBCT）由美国 Imatron 公司率先研制成功，并于 1993 年推向市场。EBCT 进一步开拓了 CT 的应用范围，例如心脏功能和形态学研究，心、脑、肾、冠状动脉的血流量测定等。2004 年 GE 公司率先推出 64 层（64 排探测器）螺旋 CT，并在北美放射学会年会发布这一信息。此后 SIEMENS 公司亦研制出 64 层螺旋 CT（探测器为 40 排，机架每旋转 1 周利用中间的 32 排探测器即可获得 64 层图像）。在 2005 年北美放射学会上，

SIEMENS 公司又推出了双源 CT（SOMATOM Definition），SOMATOM Definition 基于西门子 64 层螺旋 CT 的成熟技术，配备了两个同步旋转的 X 射线源、探测器，每组 X 射线源、探测器组合只需转动 \(90^{\circ}\) 就可以获得质量很好的心脏图像；基于 0.33 s 的机架旋转时间，它可获得 83 ms 的时间分辨率，使心脏成像不受心率影响。

2. 二、 CT 机的基本结构和成像原理¶

2.1 （一）基本结构¶

1． X 线发生系统：高压发生器、 X 线球管、冷却系统、前准直器（去除散射线，使 X 线呈束状排列）。

2． X 线探测部分：探测器、模数转换器（将探测器形成的电信号转换成数字信号，输入计算机）、后准直器（去除被照物体后的散射线）。探测器分为气体和固体两大类。固体探测器由闪烁晶体构成，有碘化钠、碘化铯、钨酸镉、锗酸铋等；气体探测器采用气体电离室的原理，一般多用氢气。固体探测器灵敏度较高，但其几何利用率较低，而气体探测器则与之相反。

3．支架部分：扫描架和检查床。

4．计算机系统：第3、第4代 CT 机包括阵列处理机（图像处理计算机）和主计算机（中央处理系统）。

5．图像贮存、显示和记录部分：主要指磁盘（硬盘）、光盘、磁带或软盘、显示器和照相机等。

6．操作控制部分：主要指操作台的键盘。