一、先驅(qū)者
    奧地利數(shù)學(xué)家J.Radon在1917年證明二維或三維的物體能夠從它投影的無限集合來單一地重建影像，這一理論出現(xiàn)在X線斷層影像發(fā)明之前5年。1938年在漢堡C.H.F.Mubler的Gabriel  Frank首次在一個(gè)專利中描述影像重建技術(shù)在X線診斷中的應(yīng)用，他設(shè)想用一個(gè)光學(xué)方法，使用一個(gè)圓柱型的透鏡把已記錄在膠片上的投射影像反投射到另一膠片上，然而，這一直接反投影方法從未能產(chǎn)生比通常的X線斷層影像質(zhì)量更好的影像。Bracewell在1956年將影像重 建原理應(yīng)用于射電天文學(xué)，目的是重建太陽微波發(fā)射的影像。1961年Oldendorf敘述了一種 獲得頭顱中斷層密度分布的影像方法，在他的實(shí)驗(yàn)中，原始的腦模型是由帶有鐵釘環(huán)的塑料塊組成的，他使用同位素131I的放射源和帶有閃爍晶體的光電倍增管作為探測器，并采用直接反投影方法作影像重建，結(jié)果能分辨模型中的鐵釘。
    1963年，A.M.CormAck成為正確應(yīng)用影像重建數(shù)學(xué)的第一位研究者。同一時(shí)期，Cameron和So renson應(yīng)用反投影技術(shù)測量活體內(nèi)骨密度的分布。
    Kuhl和Edwards使用了投影方法和數(shù)學(xué)處理,為了對復(fù)雜分子作電鏡觀察，還發(fā)展了復(fù)雜的重 建算法，對腦橫斷層掃描的發(fā)展作出了貢獻(xiàn).

二、Godfrey Hounsfield的發(fā)明
    Godfrey Hounsfield于1967年發(fā)明CT設(shè)備的基本組成部分：重建數(shù)學(xué)、計(jì)算技術(shù)、X線探測器。那時(shí)，他在EMI實(shí)驗(yàn)研究中心從事影像識(shí)別和用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)手寫字技術(shù)的研究。他證實(shí)了有可能采用一種與直接電視光柵方式不同的另一種存儲(chǔ)方法，這種方法使信息檢索更為有效。
    對信息傳送精確度的研究表明，X線影像可能是使用信息檢索新方法中受益最多的一個(gè)領(lǐng)域 。但是這里存在著一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即將一個(gè)二維物體影像迭加在二維膠片上，而且膠片對 X線又很不敏感，就會(huì)導(dǎo)致信息量減少。理論計(jì)算證明，在掃描一個(gè)物體和重建它的影像時(shí) ,應(yīng)能分辨出衰減系數(shù)差0.5%的人體組織。
    有人提議從三維物體的各個(gè)方向取讀數(shù)，但是后來斷層的方法似乎更適用于影像重建和診斷 ,這就意味著僅需要從單一平面里獲取透射的讀數(shù)。因此，每個(gè)光束通路都可以看作聯(lián)立方程組中許多方程之一，必須解這些聯(lián)立方程組才能獲得該平面的影像。豪恩斯菲爾德根據(jù)這個(gè)原理用數(shù)學(xué)模擬法加以研究，然后用同位素作放射源進(jìn)行試驗(yàn)，用9 天時(shí)間產(chǎn)生了數(shù)據(jù)組，用2～5 h重建出影像。試驗(yàn)結(jié)果盡管只能區(qū)別衰減系數(shù)相差4%的組織，但這一成功還是相當(dāng)驚人的。James Ambrose博士以人腦組織標(biāo)本做了掃描研究，結(jié)果表明，大有成功的希望，于是決定制造能夠供臨床使用的機(jī)器。
    第1臺(tái)原型儀器于1971年9月安裝在Atkinson Moreley醫(yī)院。1971年10月4日檢查了第1位被檢者。在1972年4月的英國放射學(xué)研究年會(huì)上宣告EMI X-CT掃描機(jī)誕生了。接著，同年11 月在芝加哥北美放射學(xué)會(huì)（RSNA）年會(huì)上向全世界宣布。Godfrey Hounsfield的貢獻(xiàn)在于可以在不傷害被檢者而且被檢者無任何不適感的條件下對人腦和其他軟組織進(jìn)行檢查。
    Godfrey Hounsfield因?yàn)檫@個(gè)對醫(yī)學(xué)診斷學(xué)的貢獻(xiàn)而受到一系列的獎(jiǎng)勵(lì)：1972年Meroberl獎(jiǎng)，1974年Ziedses斷層獎(jiǎng)?wù)拢?979年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

三、CT設(shè)備的演變 
    1．第1代CT掃描機(jī)
    用于影像重建過程的基本輸入是在180°范圍內(nèi)所有的平行射束集合，最簡單的辦法是通過放在掃描機(jī)架上的X線管，產(chǎn)生單一的X線束，在被檢者另一側(cè)的機(jī)架上放置探測器。X線經(jīng)過準(zhǔn)直器，使之只有沿著焦點(diǎn)和探測器之間的直線輻射線穿過被檢者，然后再以一定的速度在與輻射線垂直的方向上移動(dòng)掃描機(jī)架，獲得一組透射測量數(shù)據(jù)。接著掃描架環(huán)繞垂直于掃描 平面的中心軸線旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度（例如1度），然后再作新的平移掃描，再旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度,如此下去，直到旋轉(zhuǎn)180°,完成全部數(shù)據(jù)集合讀取過程，作為影像重建的原始數(shù)據(jù)資料，如圖3-1。 
 

 

圖3-1 第1代CT機(jī)掃描原理

    第1臺(tái)EMI X-CT掃描機(jī)是根據(jù)這一概念進(jìn)行設(shè)計(jì)的，只限于作腦掃描檢查。這對神經(jīng)放射學(xué)有極大的影響。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，該領(lǐng)域缺乏診斷工具。
    Robert Ledley 博士試圖應(yīng)用第1代掃描機(jī)的原理對全身作檢查，設(shè)計(jì)并制造了被稱為A CTA的全身掃描機(jī)原型。在1974年2月14日為第1位被檢者做了檢查。盡管獲得的影像很模糊 ,但它昭示了全身掃描機(jī)的未來。
    2．第2代CT掃描機(jī)
    第2代CT掃描機(jī)只是在第1代掃描機(jī)的基礎(chǔ)上，在1個(gè)扇形角度內(nèi)安放幾個(gè)探測器代替1個(gè)探測器。
    在1次平移時(shí)間內(nèi)，有幾個(gè)探測器同時(shí)記錄許多平行射束。然而它們是在不同角度下同時(shí)被記錄的，結(jié)果X線被利用的部分較多。每次機(jī)架平移以后的旋轉(zhuǎn)角不再是1°那樣小的角度，而是轉(zhuǎn)過與包括探測器陣列的X線扇形頂角一樣大的角度，如圖3-2。 

圖3-2 第二代CT機(jī)掃描原理圖

    第2代CT機(jī)的第1臺(tái)掃描機(jī)Delta 50在1974年12月由俄亥俄核子公司推出。它有2 行探測器，每行3個(gè)。1975年3月EMI公司推出帶有30個(gè)探測器的掃描機(jī)。當(dāng)探測器數(shù)量增加1 0倍時(shí)，掃描速度幾乎提高10倍。
    由于第1代和第2代CT機(jī)掃描速度慢，僅被應(yīng)用于神經(jīng)科檢查，因?yàn)轭^顱和脊椎能較方 便地固定，不會(huì)因器官的運(yùn)動(dòng)引起偽影。第2代快速CT掃描機(jī)開始用作全身檢查.
    3．第3代CT掃描機(jī)
    第3代CT掃描機(jī)有一種完全新型的結(jié)構(gòu)。平移運(yùn)動(dòng)已經(jīng)被取消，探測器安裝的扇形角度 已擴(kuò)大到全身橫面，并將300～1000個(gè)探測器依次排列在一個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)，如圖3-3。
    第3代CT掃描機(jī)旋轉(zhuǎn)速度也大大提高，旋轉(zhuǎn)1周約1.9～5 s。由于旋轉(zhuǎn)速度快，被檢者可屏住呼吸，使體內(nèi)器官位置相對固定，因而幾乎很少引起運(yùn)動(dòng)偽影。 

圖3-3 第三代CT機(jī)掃描原理圖

    第3代CT掃描機(jī)是1974年由Artronix公司首次生產(chǎn)的腦掃描機(jī)。1975年夏天通用電氣公司（GE）推出了乳房掃描機(jī)。1977年春天飛利浦公司研制出第3代CT機(jī)的改進(jìn)型，其中包括幾何放大原理的應(yīng)用，它改變了X線源和旋轉(zhuǎn)軸之間的距離，同時(shí)X線源和探測器相對關(guān)系保 持固定，這就意味著可根據(jù)使用要求掃描較小或較大的區(qū)域，且都使用盡可能多的探測器，因而在掃描較小的物體時(shí)，能得到較高的空間分辨率。
    第3代CT機(jī)目前應(yīng)用最廣泛，為改進(jìn)其空間分辨率，各廠商紛紛增加探測器的數(shù)量。
    4．第4代CT掃描機(jī)
    第4代CT掃描機(jī)是在第3代的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其探測器形成一個(gè)環(huán)形陣列，掃描時(shí)探測器靜止不動(dòng)，X線球管在探測器陣列圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)掃描，這種結(jié)構(gòu)消除了探測器故障引起的環(huán)形偽影。