神奇的医用射线
医疗诊断的新纪元
19世纪初期，临床医学在诊断方面的主要成果是叩诊法的推广及听诊器的发明。听诊器是由法国医生拉埃内克发明的。1816年的一天，一位年轻肥胖的女心脏病人来就诊，医生意识到自己不能用耳朵直接贴在她胸部听诊，无奈中忽然想起孩子们在佛罗广场做游戏的情景：一个小孩在木柱一端轻轻敲击，另一端的孩子用耳朵贴着木柱听声音。于是他用厚纸卷成一个圆筒放在病人胸前，不料心音与呼吸音竟听得十分清楚。最早的木质听诊器就是据此制成的。叩诊法和听诊法至今仍是不可缺少的诊断方法。此后，血压、体温的测量和血、尿、便的化学分析等也相继被采用，但对于病体的更为精确的直观，则仍是一个难题。
现在，人们到医院诊断，拍X光片已不显得有什么神秘。然而19世纪末X射线刚发现时，却被视为世界科技革命的一声号角。1895年11月8日，德国物理学家伦琴在偶然中发现了一种能够穿透某些固体物质的惊人东西——X射线。他好奇地用这种射线给自己的妻子拍摄了一张手指骨照片，照片清晰地显示伦琴夫人手指骨和无名指上金戒指的轮廓。这也是人类历史上第一张人体X光骨骼照片。1896年1月3日，维也纳《新自由报》在醒目的版面上刊登了这张奇怪的照片后，曾在大众及媒体中引起强烈的震撼与误解。伦敦某内衣制造商为自己设计的防X射线的内衣大做广告；在新泽西州有议员提议立法禁止在戏院使用X射线；一般公众则害怕X射线会穿墙透壁，个人隐私权将从此荡然无存。然而，一个月以后，X射线的积极作用就大大压过了这种负面的担心。维也纳一家医院应用X射线准确地诊断出了人体骨折的位置；美国哥伦比亚大学教授也从一张X光片中，很快清楚地看到了嵌在伤员腿中的子弹。人们这才开始理解X射线的用途，这可说是放射医学的曙光初现。
, 百拇医药
但是，传统的X射线诊断存在明显的不足：一是X射线透射过程中存在着散射干扰(类似光通过毛玻璃时)，使得照片对比减弱，胶片感光度未能充分利用；二是X射线透射人体后，在胶片上所形成的影像是检查部位的透视重叠影像，医生不易准确地从重影判定病变的真实情况，即使进行两个、三个甚至更多方位的拍摄，还是不能对体内器官准确地透视，尤其是对软器官、软组织，X射线透视实际上没有太大实效。健康组织与病变组织在密度上并无太大的变化，所以对软组织的病变，包括肿瘤，用X射线很难探测出来。上述的两个主要原因，妨碍了利用X射线对病变进行确定、观察与诊断。当然，用一条很狭窄的管子与一个光学系统安装在一起而形成的探测器——内镜，能获得人体内部某个局部的详细图像，但这仅仅是人体内一些微小区域的图像，并且受病变部位的限制。
直到20世纪70年代初，随着电子计算机的发展以及它在各学科中的广泛应用，其触角也悄悄伸向了古老的医学诊断领域，并结出了第一个硕果——计算机辅助X线断层摄影仪，简称CT机。从此，开创了医疗诊断的新纪元。
, 百拇医药
CT机由以下几个主要部分组成：X射线源、检测器、计算机、图像显示器等。工作原理是：用X射线束对人体某一截面扫描，再接收扫描光线在这个截面某方向上的投影讯号，并将此投影讯号输入计算机中存贮起来。然后，将X光源及接收器转动到另一个方向，作同样的扫描、接收和存贮。这样就得到同一截面在第二个方向上的投影资料。如此每隔一定角度记录一次(一般在180度之内每隔1度记录一次)，可收集到X射线通过这一横断面辐射衰减的大量资料，然后依照图像重组理论计算这一横断面，将人体脏器这一部位复原为一张横截面图，显示在荧光屏上。
CT机与两大功臣
CT机的问世，应该感谢美国物理学家科马克和英国工程师豪斯菲尔德。
科马克原是南非开普敦大学物理系讲师，他与医学结缘出于多种偶然因素。依照南非的法律，医院在使用放射性同位素时必须有核物理学家监督。1955年，开普敦格洛特·肖医院的物理学家辞职他去，科马克被派往该医院接任此职，每周去医院一天半。他很快对癌症的放射治疗和诊断发生了兴趣：能否把电子计算机与X射线摄影仪联合起来，消除X射线影像重叠的缺点而达到早期发现癌症的目的呢？1963年，科马克经过了八年的潜心研究，首次发表了关于X射线断层扫描技术理论的论文并且制成了第一台CT机的原型，但是由于当时电子计算机技术的局限，他那台CT机原型所使用的还只是一台简单的台式计算器。
, http://www.100md.com
几乎在同一时期，供职于英国电子乐器公司的豪斯菲尔德也曾独立思考过这样的问题：一台电子计算机能否根据从不同角度拍摄的一组很精确的X射线测量结果，来重构一张照片？豪斯菲尔德起初是研究雷达的，后来从事电子计算机设计和模式识别的研究，l961年，他开始主持计算机处理层析图像的研究。作为计算机与图像处理专家，他关心的问题是电子计算机能否根据对物体的一系列投影数据重建一张照片，而这一技术目标的实现正好满足了医学放射诊断技术的迫切需要，导致了电子计算机图像处理与医学诊断的结合。1967年，他根据从投影重建图像的理论，开始设计并进行了CT扫描试验，终于在1969年研制出世界上第一台CT机，为了加快CT机的临床应用，他同神经放射学医生安布罗斯合作，将第一台CT机安装在伦敦郊外的阿特金森·莫利医院，对颅脑疾病进行断层图像扫描的临床观察。1972年10月4日，利用这台CT机首次为一位41岁的女性病人做检查，清晰地显示出左额叶的囊性肿瘤，获取了医学史上第一张CT照片。
CT机能有效地克服传统X光机的缺点，如可对人体进行三维空间的观察，能使人体各种内脏器官的横断图像在几秒钟内便显示在荧光屏上，从而能够快速准确地诊断许多疾病，它标志着医学诊断领域一场革命的开始。为此，CT机的发明者豪斯菲尔德和奠定了医用图像重建理论的科马克一起获得了1979年诺贝尔生理学医学奖。
, http://www.100md.com
令人最感兴趣的问题是：为什么在CT机诞生的技术业已具备的情况下，发明CT机的两位学者都不是医学出身，也不是学生物学的？看来，CT机作为一种应用于人体扫描的集物理学、数学与电子计算机于一体的技术，其本身就决定了只有那些既懂得物理学，又懂得数学和计算机并且熟悉X射线摄影技术或核医学的人，才有可能进行研制工作。科马克和豪斯菲尔德正是集这诸多学问于一身的学者，因此他们获得了成功。
最早的CT机中X射线是单束的，配有l-2个检测器，扫描时X射线管每次仅转动1度，因而它完成一次扫描需4-5分钟。不久，第二代CT机问世了。它采用两股X射线，成为10度-20度的扇形束，并加20-30个检测器，每次扫描需30-120秒。第三代CT机更巧妙，它由多个X射线发射管组成，可组成一个30度的扇形束，使用250-350个检测器，每次扫描只需2.5秒。更令人瞩目的是第四代CT机，它采用多个X射线管组成一个50度的扇形束，利用600-2400个检测器排列成环状，扫描时间仅1秒。目前，CT机正向第五代过渡，扫描时间为1-100秒，就可捕捉到人体生理活动的动态信息。现在，CT机已普遍应用在医学上，它已成为医学诊断的有力武器。
, 百拇医药
当今四大成像系统
CT机的无损伤体外诊断得到了人们的厚爱。根据类似的原理，功能各异的断层成像方法和装置不断产生，从而也促进了CT技术的突飞猛进。现在，已有了核磁共振CT、放射性核素CT、正电子发射断层摄影CT和超声CT，这些CT被合称为当代医学四大成像系统——
核磁共振CT：
这是20世纪80年代初发展起来的一门新成像技术。1978年5月28日，英国电子乐器工业有限公司研制出了第一台核磁共振CT机并成功地获得了第一张人体头部核磁共振断层图像。1980年，达马迪安组织的公司推出了第一代商品机。从此，核磁共振技术走向市场，成为医学诊断摄影的一项重要技术。使用核磁共振成像检查，可以直接显示人体任何角度的切面图像，可将骨骼与肌肉、脂肪、血管、脊髓等软组织清楚分辨，灵敏地区分出正常或非正常的组织，有助于肿瘤的早期诊断。
, http://www.100md.com
放射性核素CT：
即R-CT，它能通过图像重建，显示注入人体的放射性核素的分布，这样得到的不仅是人体脏器的轮廓和形态，而且还能获得脏器功能和血流量的变化，以及物质代谢在体内或细胞内的分布、吸收、排泄、转移等多方面的信息。R-CT的出现是现代核医学发展的重要标志之一。
正电子发射断层摄影：
这就是PET-CT，是一项目前专门探索大脑疾病的新技术。人脑由至少100亿个脑细胞构成，同时还有无数条密密麻麻的微血管将这些细胞组织起来，所以探查大脑的疾病历来是十分棘手的事。以前的检测工具最多只能对脑的各部位作静态分析，不能很好显示大脑的生理功能、发病机制等动态情况。因此，在20世纪80年代，医学家、核化学家和工程师们联合攻关，发明了第一台PET-CT机。这种机器应用最广的领域，就是研究脑的代谢和生物化学状态，以及心脏的血流、代谢，此外，对肺的呼吸功能、气体的扩散等，也可用它来研究。通过它也可以了解肿瘤的血流和代谢，以此区分肿瘤的恶性程度，动态地检查肿瘤对化疗、放射治疗和手术治疗的效果，是否有转移或复发等。许多难以诊断的疾病，如亨廷顿氏病、帕金森氏病、苯丙酮尿症、老年性痴呆也都可以借助PET-CT机做出准确的诊断。
, 百拇医药
超声CT：
人们已经熟悉的“B超”，是将超声波扫描通过计算机处理，清晰地显示人体许多部位各种切面的影像，直接观察器官活动的情况(如心脏及心瓣膜、胎儿及胎心)。早在1942年，澳大利亚达西克首先进行了超声波连续波穿透颅脑的研究。自上世纪60年代开始，随着电子技术、计算机技术和各种描记仪的发展，使各种超声诊断与治疗装置的研制得到了迅速发展。目前正在研制的超声CT(U-CT)，是在CT技术被引入各种成像系统的背景下发展起来的。1974年，美国的格林利夫首先报道了他的超声CT试验，从此这一试验引起了世界各国的注意。
研究中的U-CT机已获得头部图像，并已应用于乳腺癌的临床检验。1982年，美国科罗拉多卫生中心报告，利用以声速为参量的超声CT检查乳腺癌，可取得与X射线乳腺透视相同的诊断结果。美国罗切斯特市的海梅医学院则用以声速和声衰减为参量的两种超声CT来诊断乳腺癌，准确率达90%以上，可取代活组织分析。受超声波在人体中传播的物理性质所限，在某些方面它比一般CT要复杂些，有些问题还有待于深入的理论探讨。鉴于超声诊断具有无损伤和非侵入的良好特性，U-CT一旦成功，必将成为一种良好的医学影像技术。
在广阔的医学领域，X射线家族兴旺发达，老干新枝，绿意常青，这也给人们以深刻的启示：科学研究无尽头，发明创造无止境。(赵坚摘编)
摘自《蛇杖生辉——临床医学与药物》刘学礼著上海科技教育出版社2001年12月版定价：8.00元, 百拇医药
19世纪初期，临床医学在诊断方面的主要成果是叩诊法的推广及听诊器的发明。听诊器是由法国医生拉埃内克发明的。1816年的一天，一位年轻肥胖的女心脏病人来就诊，医生意识到自己不能用耳朵直接贴在她胸部听诊，无奈中忽然想起孩子们在佛罗广场做游戏的情景：一个小孩在木柱一端轻轻敲击，另一端的孩子用耳朵贴着木柱听声音。于是他用厚纸卷成一个圆筒放在病人胸前，不料心音与呼吸音竟听得十分清楚。最早的木质听诊器就是据此制成的。叩诊法和听诊法至今仍是不可缺少的诊断方法。此后，血压、体温的测量和血、尿、便的化学分析等也相继被采用，但对于病体的更为精确的直观，则仍是一个难题。
现在，人们到医院诊断，拍X光片已不显得有什么神秘。然而19世纪末X射线刚发现时，却被视为世界科技革命的一声号角。1895年11月8日，德国物理学家伦琴在偶然中发现了一种能够穿透某些固体物质的惊人东西——X射线。他好奇地用这种射线给自己的妻子拍摄了一张手指骨照片，照片清晰地显示伦琴夫人手指骨和无名指上金戒指的轮廓。这也是人类历史上第一张人体X光骨骼照片。1896年1月3日，维也纳《新自由报》在醒目的版面上刊登了这张奇怪的照片后，曾在大众及媒体中引起强烈的震撼与误解。伦敦某内衣制造商为自己设计的防X射线的内衣大做广告；在新泽西州有议员提议立法禁止在戏院使用X射线；一般公众则害怕X射线会穿墙透壁，个人隐私权将从此荡然无存。然而，一个月以后，X射线的积极作用就大大压过了这种负面的担心。维也纳一家医院应用X射线准确地诊断出了人体骨折的位置；美国哥伦比亚大学教授也从一张X光片中，很快清楚地看到了嵌在伤员腿中的子弹。人们这才开始理解X射线的用途，这可说是放射医学的曙光初现。
, 百拇医药
但是，传统的X射线诊断存在明显的不足：一是X射线透射过程中存在着散射干扰(类似光通过毛玻璃时)，使得照片对比减弱，胶片感光度未能充分利用；二是X射线透射人体后，在胶片上所形成的影像是检查部位的透视重叠影像，医生不易准确地从重影判定病变的真实情况，即使进行两个、三个甚至更多方位的拍摄，还是不能对体内器官准确地透视，尤其是对软器官、软组织，X射线透视实际上没有太大实效。健康组织与病变组织在密度上并无太大的变化，所以对软组织的病变，包括肿瘤，用X射线很难探测出来。上述的两个主要原因，妨碍了利用X射线对病变进行确定、观察与诊断。当然，用一条很狭窄的管子与一个光学系统安装在一起而形成的探测器——内镜，能获得人体内部某个局部的详细图像，但这仅仅是人体内一些微小区域的图像，并且受病变部位的限制。
直到20世纪70年代初，随着电子计算机的发展以及它在各学科中的广泛应用，其触角也悄悄伸向了古老的医学诊断领域，并结出了第一个硕果——计算机辅助X线断层摄影仪，简称CT机。从此，开创了医疗诊断的新纪元。
, 百拇医药
CT机由以下几个主要部分组成：X射线源、检测器、计算机、图像显示器等。工作原理是：用X射线束对人体某一截面扫描，再接收扫描光线在这个截面某方向上的投影讯号，并将此投影讯号输入计算机中存贮起来。然后，将X光源及接收器转动到另一个方向，作同样的扫描、接收和存贮。这样就得到同一截面在第二个方向上的投影资料。如此每隔一定角度记录一次(一般在180度之内每隔1度记录一次)，可收集到X射线通过这一横断面辐射衰减的大量资料，然后依照图像重组理论计算这一横断面，将人体脏器这一部位复原为一张横截面图，显示在荧光屏上。
CT机与两大功臣
CT机的问世，应该感谢美国物理学家科马克和英国工程师豪斯菲尔德。
科马克原是南非开普敦大学物理系讲师，他与医学结缘出于多种偶然因素。依照南非的法律，医院在使用放射性同位素时必须有核物理学家监督。1955年，开普敦格洛特·肖医院的物理学家辞职他去，科马克被派往该医院接任此职，每周去医院一天半。他很快对癌症的放射治疗和诊断发生了兴趣：能否把电子计算机与X射线摄影仪联合起来，消除X射线影像重叠的缺点而达到早期发现癌症的目的呢？1963年，科马克经过了八年的潜心研究，首次发表了关于X射线断层扫描技术理论的论文并且制成了第一台CT机的原型，但是由于当时电子计算机技术的局限，他那台CT机原型所使用的还只是一台简单的台式计算器。
, http://www.100md.com
几乎在同一时期，供职于英国电子乐器公司的豪斯菲尔德也曾独立思考过这样的问题：一台电子计算机能否根据从不同角度拍摄的一组很精确的X射线测量结果，来重构一张照片？豪斯菲尔德起初是研究雷达的，后来从事电子计算机设计和模式识别的研究，l961年，他开始主持计算机处理层析图像的研究。作为计算机与图像处理专家，他关心的问题是电子计算机能否根据对物体的一系列投影数据重建一张照片，而这一技术目标的实现正好满足了医学放射诊断技术的迫切需要，导致了电子计算机图像处理与医学诊断的结合。1967年，他根据从投影重建图像的理论，开始设计并进行了CT扫描试验，终于在1969年研制出世界上第一台CT机，为了加快CT机的临床应用，他同神经放射学医生安布罗斯合作，将第一台CT机安装在伦敦郊外的阿特金森·莫利医院，对颅脑疾病进行断层图像扫描的临床观察。1972年10月4日，利用这台CT机首次为一位41岁的女性病人做检查，清晰地显示出左额叶的囊性肿瘤，获取了医学史上第一张CT照片。
CT机能有效地克服传统X光机的缺点，如可对人体进行三维空间的观察，能使人体各种内脏器官的横断图像在几秒钟内便显示在荧光屏上，从而能够快速准确地诊断许多疾病，它标志着医学诊断领域一场革命的开始。为此，CT机的发明者豪斯菲尔德和奠定了医用图像重建理论的科马克一起获得了1979年诺贝尔生理学医学奖。
, http://www.100md.com
令人最感兴趣的问题是：为什么在CT机诞生的技术业已具备的情况下，发明CT机的两位学者都不是医学出身，也不是学生物学的？看来，CT机作为一种应用于人体扫描的集物理学、数学与电子计算机于一体的技术，其本身就决定了只有那些既懂得物理学，又懂得数学和计算机并且熟悉X射线摄影技术或核医学的人，才有可能进行研制工作。科马克和豪斯菲尔德正是集这诸多学问于一身的学者，因此他们获得了成功。
最早的CT机中X射线是单束的，配有l-2个检测器，扫描时X射线管每次仅转动1度，因而它完成一次扫描需4-5分钟。不久，第二代CT机问世了。它采用两股X射线，成为10度-20度的扇形束，并加20-30个检测器，每次扫描需30-120秒。第三代CT机更巧妙，它由多个X射线发射管组成，可组成一个30度的扇形束，使用250-350个检测器，每次扫描只需2.5秒。更令人瞩目的是第四代CT机，它采用多个X射线管组成一个50度的扇形束，利用600-2400个检测器排列成环状，扫描时间仅1秒。目前，CT机正向第五代过渡，扫描时间为1-100秒，就可捕捉到人体生理活动的动态信息。现在，CT机已普遍应用在医学上，它已成为医学诊断的有力武器。
, 百拇医药
当今四大成像系统
CT机的无损伤体外诊断得到了人们的厚爱。根据类似的原理，功能各异的断层成像方法和装置不断产生，从而也促进了CT技术的突飞猛进。现在，已有了核磁共振CT、放射性核素CT、正电子发射断层摄影CT和超声CT，这些CT被合称为当代医学四大成像系统——
核磁共振CT：
这是20世纪80年代初发展起来的一门新成像技术。1978年5月28日，英国电子乐器工业有限公司研制出了第一台核磁共振CT机并成功地获得了第一张人体头部核磁共振断层图像。1980年，达马迪安组织的公司推出了第一代商品机。从此，核磁共振技术走向市场，成为医学诊断摄影的一项重要技术。使用核磁共振成像检查，可以直接显示人体任何角度的切面图像，可将骨骼与肌肉、脂肪、血管、脊髓等软组织清楚分辨，灵敏地区分出正常或非正常的组织，有助于肿瘤的早期诊断。
, http://www.100md.com
放射性核素CT：
即R-CT，它能通过图像重建，显示注入人体的放射性核素的分布，这样得到的不仅是人体脏器的轮廓和形态，而且还能获得脏器功能和血流量的变化，以及物质代谢在体内或细胞内的分布、吸收、排泄、转移等多方面的信息。R-CT的出现是现代核医学发展的重要标志之一。
正电子发射断层摄影：
这就是PET-CT，是一项目前专门探索大脑疾病的新技术。人脑由至少100亿个脑细胞构成，同时还有无数条密密麻麻的微血管将这些细胞组织起来，所以探查大脑的疾病历来是十分棘手的事。以前的检测工具最多只能对脑的各部位作静态分析，不能很好显示大脑的生理功能、发病机制等动态情况。因此，在20世纪80年代，医学家、核化学家和工程师们联合攻关，发明了第一台PET-CT机。这种机器应用最广的领域，就是研究脑的代谢和生物化学状态，以及心脏的血流、代谢，此外，对肺的呼吸功能、气体的扩散等，也可用它来研究。通过它也可以了解肿瘤的血流和代谢，以此区分肿瘤的恶性程度，动态地检查肿瘤对化疗、放射治疗和手术治疗的效果，是否有转移或复发等。许多难以诊断的疾病，如亨廷顿氏病、帕金森氏病、苯丙酮尿症、老年性痴呆也都可以借助PET-CT机做出准确的诊断。
, 百拇医药
超声CT：
人们已经熟悉的“B超”，是将超声波扫描通过计算机处理，清晰地显示人体许多部位各种切面的影像，直接观察器官活动的情况(如心脏及心瓣膜、胎儿及胎心)。早在1942年，澳大利亚达西克首先进行了超声波连续波穿透颅脑的研究。自上世纪60年代开始，随着电子技术、计算机技术和各种描记仪的发展，使各种超声诊断与治疗装置的研制得到了迅速发展。目前正在研制的超声CT(U-CT)，是在CT技术被引入各种成像系统的背景下发展起来的。1974年，美国的格林利夫首先报道了他的超声CT试验，从此这一试验引起了世界各国的注意。
研究中的U-CT机已获得头部图像，并已应用于乳腺癌的临床检验。1982年，美国科罗拉多卫生中心报告，利用以声速为参量的超声CT检查乳腺癌，可取得与X射线乳腺透视相同的诊断结果。美国罗切斯特市的海梅医学院则用以声速和声衰减为参量的两种超声CT来诊断乳腺癌，准确率达90%以上，可取代活组织分析。受超声波在人体中传播的物理性质所限，在某些方面它比一般CT要复杂些，有些问题还有待于深入的理论探讨。鉴于超声诊断具有无损伤和非侵入的良好特性，U-CT一旦成功，必将成为一种良好的医学影像技术。
在广阔的医学领域，X射线家族兴旺发达，老干新枝，绿意常青，这也给人们以深刻的启示：科学研究无尽头，发明创造无止境。(赵坚摘编)
摘自《蛇杖生辉——临床医学与药物》刘学礼著上海科技教育出版社2001年12月版定价：8.00元, 百拇医药