在医院中广泛应用的计算机断层扫描仪（CT）被认为是自伦琴发现X光以来医学影像领域的最伟大发明。叶华山博士今天就来给大家讲讲CT的故事！尽管X射线的技术不断进步，但常规X线图像对于许多疾病仍无法提供明确的诊断，因为它们产生的是身体结构的重叠影像。因此，医生们迫切希望能够获得没有结构叠加的断层图像。

Siemens-Introskop传统体层扫描机，1934年

20世纪30年代初，传统的体层扫描机应运而生，首次生成了没有叠加的人体切面图像。这种设备使用X线胶片和射线管围绕待扫描部位移动，在旋转中心产生清晰的结构照片，但旋转中心以外的区域图像则较为模糊。

科马克在1957年发明了一种计算X线在人体内辐射特性的方法，这为CT的发明奠定了理论基础。然而，由于资金短缺，科马克未能制造出自己的原型机。后来他移民到美国，成为图菲斯大学的物理学教授，并在1963年成功制造了CT原型机。

科马克制造的CT原型机，1963年

豪斯菲尔德在1961年开始研究计算机处理断层图像的技术，并在1967年提出了计算机断层成像的概念，并在1968年获得专利。他不断改进原型机，终于在1971年制造出了一台用于扫描人脑的CT机。

豪斯菲尔德制造的CT原型机，1968年

有趣的是，第一台CT机当时被称为EMI扫描机，是在伦敦郊区的一家小医院进行测试的。而第一位接受CT扫描的是一位41岁患有脑部肿瘤的女性患者。这台CT机产生的图像震惊了医学界，因为它能够区分灰白质，这是当时科学家们梦寐以求的事情。

第一台CT安装地：Atkinson Morley Hospital

随后，在1972年的英国放射学年会上，豪斯菲尔德发布了他的研究成果，引发了全球范围内的“CT热”。超过15家公司加入了开发CT扫描机的工作。西门子在1974年成功研制了第一台CT扫描仪SIRETOM，它一次可以重建两幅图像，矩阵从80x80提高到128x128。之后的数年里，CT技术得到了快速发展，越来越多的CT设备进入市场。

第一台EMI CT机，右图为第一例患者的脑部图像，扫描一层图像需要4.5min，矩阵为80x80，EMI CT在使用120kV扫描时，最大管电流仅为32mA。

在1974年，乔治城大学的Robert Ledley教授研制出了可以用于全身扫描的CT设备ACTA，后来这项技术被卖给了辉瑞公司，使全身CT的扫描质量和矩阵都有了显著提升，达到了256x256。

西门子第一台CT扫描仪，SIRETOM，1974年

西门子在1977年发布了第一台全身CT扫描仪SOMATOM，SOMA代表身体，TOM代表Computed Tomography里的断层，因此SOMATOM的含义就是全身断层。

SOMATOM，1977年

1979年，新款SOMATOM设备通过优化探测器系统和引入心脏CT配件，使空间分辨率提升了2倍，并首次能够对跳动的心脏进行成像。这一技术是通过心电“触发”实现的，使设备与患者的心跳同步，从而在心脏舒张期采集数据，避免了心脏活动对CT图像的干扰。

SOMATOM Plus采集系统，1988年

螺旋CT（Spiral CT）的初次提出，无疑在医学界掀起了轩然大波。这是因为在那个时候，CT扫描要求病人保持静止，尽量避免任何移动，以确保扫描的准确性。然而，螺旋扫描却反其道而行之，它要求在扫描过程中，检查床带动患者不断移动，而X线则以螺旋的方式扫描患者的身体。这种新颖的概念遭到了不少批评，甚至有人讽刺螺旋CT为“制造CT伪影的手段”。

Willie A. Kalender

谈及螺旋CT，我们不得不提及一位名为Willie A. Kalender的德国物理学家。Kalender教授于1949年在德国出生，1975年毕业于威斯康星大学。他于1976年至1995年间在西门子工作，并在那里创造了一系列的技术奇迹。在发明螺旋CT之前，Kalender教授于1983年开发了世界上第一个双能量CT（dual energy CT）产品，并在1987年研发出了金属伪影消除技术（metal artefact reduction，简称MAR）。

1988年，Kalender教授领导的研究团队开始探索螺旋CT的可行性。他们巧妙地运用数学方法来解决由移动产生的伪影问题，通过在重建图像的软件中加入复杂的算法，从而准确地将检查床的移动因素纳入测量计算中。尽管螺旋CT的其他部件与传统系统相似，但为了适应其特殊性，需要进行一系列的改进和调整，这也使得整个系统的工艺控制变得更为复杂。在同一年底，Kalender教授带领的团队成功地制造出了第一台螺旋CT的原型机。经过一年的密集测试和临床实验，西门子在1991年推出了全球首台螺旋CT扫描机——SOMATOM Plus-S。这台机器可以为身体的某个区域进行完整的“容积扫描”，例如对整个器官进行成像。螺旋CT的诞生意味着患者的体内活动不再是影响扫描准确性的难题。

第一台螺旋CT SOMATOM Plus-S，1991年

随着技术的不断进步和创新，仅仅在螺旋CT问世后的10年，即1998年，多层螺旋CT便应运而生。在那一年的北美放射学年会上，四大主流的CT生产商——GE、飞利浦、西门子和东芝——共同展出了4层螺旋CT。与单层螺旋CT和双层螺旋CT相比，多层螺旋CT在设计原理和结构上有着显著的不同：它在Z轴上设有多排探测器结构，配备了多个数据采集通道，并采用了独特的图像重建计算方法。此外，扫描架、探测器、数据采集系统、图像重建系统和计算机系统等方面都经过了重大的改进和升级。

左侧为单层螺旋CT，右侧为多层螺旋CT

回顾这段历史，我们可以清晰地看到CT技术是如何经历了一个探测器迅速变宽的时期。在那个被誉为“排的战争”的时代，探测器的排数平均每18个月翻一倍，有学者戏称这是CT领域的“摩尔定律”。宽探测器的CT不仅为临床研究带来了新的应用可能性，也带来了一些技术上的挑战。例如，由于探测器变宽而球管的光源仍然是点光源，这导致了图像两侧出现严重的变形和伪影。为了解决这个问题，最初的设备需要利用大量的探测器单元数据对中心数据进行校正。但随着算法的不断优化和改进，这些伪影得到了有效的控制和管理，之后再也没有推出过更宽的探测器CT了。