CT与MRI发展简史

1895年11月8日德国物理学家Röntgen在进行阴极射线的实验时，发现射线管中发出的某种射线可导致附近的氰亚铂酸钡荧光屏发出微光。因为当时对于这种射线的本质和属性未知，所以称它为X射线，后来被命名为伦琴射线，这种射线能够穿透普通光线所不能穿透的某些材料。随后，Röntgen用这种射线拍摄他夫人的手掌，清晰显示了手骨的结构，这种发现在当时引起了很大的轰动。1901年诺贝尔奖第一次颁发，Röntgen因此获得诺贝尔奖物理学奖。X射线在医学上的应用，开创了现代医学影像诊断技术的先河，但传统X线检查分辨率低，除肺部含气器官外，很难显示其他软组织结构。随着计算机应用技术迅速发展，尔后出现的超声波检查、计算机体层摄影、磁共振成像、数字减影血管造影、放射性核素显像等新的影像学技术相继应用于临床，疾病检测范围日益广泛。这些影像学检查新技术，尤其是计算机体层摄影与磁共振成像，已成为常规的医学检测手段，极大地提高了现代临床疾病的诊断水平。

1.电子计算机X射线断层扫描

电子计算机X射线断层扫描英文简称CT（computed tomography）。在X射线影像技术应用于医学临床的70年后，诞生了世界上第一台计算机体层摄影机，即CT机，1971年在英国阿特金森-莫利医院安装应用于临床。CT机是X线与电子计算机完美结合的产物，它利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位做一个接一个横断面的连续扫描，分别有X射线CT、γ射线CT及超声CT之分。医学临床所采用的主要是X射线CT，其图像的密度分辨力较常规X射线图像有非常大的质的飞跃。CT的两位发明者因此获得1979年度诺贝尔生理学和医学奖，他们分别是英国电气工程师Godfrey Newbold Hounsfield和美国物理学家Allan Mac Leod Cormack，这两人均没有生物学和医学背景。

CT检查技术自1971年开始临床应用以来，一直不断发展，已经从第一代只能做头部的断层检查发展到全身断层扫描，再到心脏等动态器官扫描。扫描方式从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到螺旋扫描。从单层CT到多层螺旋CT（multislice spiral CT）及最新的320层、640层动态容积CT。常规CT为一个X线束对应一排探测器，多层螺旋CT采用8～64排探测器，每次扫描可完成8～64层检查，而不是最早的单单一层检查，扫描时间快，扫描中产生的伪影明显减少，还可以任意方向重建。由于图像信息是连续形成、无中断，提高了三维重建的图像质量，64层螺旋CT达到了搏动心脏的检查需要。在64层螺旋CT基础上，又开发出一种无创性血管造影的影像学检查方法，即CT血管成像技术（CT angiography，CTA），该技术结合了CT增强、大范围覆盖的快速扫描和三维成像处理等技术特点，可全方位清晰显示病变血管的范围、形态、位置及与邻近组织结构的关系，临床可应用于各种心脏疾病和血管系统疾病的辅助诊断。最新320层和640层动态容积CT（dynamic volume CT，DVCT），避免了螺旋扫描因患者水平位置运动所导致的移动数据误差、图像构成时间差，以及重复扫描带来的不必要扫描剂量辐射，而且扫描图像可以进行任意层面、自由曲面的无间隔重建，使得CT图像更为真实地反映解剖结构变化的3D数据信息。DVCT可完成包括心脏、胃肠等不自主运动脏器的全器官一次性覆盖扫描，不同于传统意义的螺旋式和步进式CT扫描方式，大大缩短了CT检查时间，明显减少了患者所受辐射剂量，运动伪影也明显减少，图像质量更加清晰。(https://www.daowen.com)

2.磁共振成像

20世纪50年代诺贝尔物理学奖获得者，斯坦福大学Flelix Bloch和哈佛大学Edward Purcell两位科学家发现了核磁共振现象。他们发现将质量数为奇数的原子核置于磁场中，再施予特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象。核磁共振技术可以提供分子的化学结构和分子动力学信息，作为一种分析手段应用于解析分子结构，被广泛应用于物理、化学和生物学等领域。与此同时，医学家们则发现水分子中的氢原子可以产生磁共振现象，通过识别水分子中氢原子信号的分布可推测水分子在人体内的分布特征。人体内含有非常丰富的水，不同组织的水含量和组织内水分子分布各不相同。

1972年美国纽约州立大学石溪分校Paul Lauterbur 教授发展了一套对磁共振信号进行空间编码的方法，利用这一方法可以获取人体内水分子分布的空间信息，经过计算处理，便能精确绘制出人体的内部结构。这种基于磁共振现象，根据人体内水分子分布的空间信息重建出人体图像的成像技术，即磁共振成像（nuclear magnetic resonance imaging）。由于磁共振成像在名称上容易与核医学中放射成像混淆，让人误以为有核放射不良反应，为避免引起担忧，核磁共振成像技术被正式命名为磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）。1973年Paul Lauterbur教授将它首次用于医学临床检测，获得世界上第一幅二维的人类大脑组织MRI图像。

自20世纪80年代初第一台医用磁共振成像仪问世，Paul Lauterbur教授不断改进这项与CT同样是断层扫描成像的MRI技术。鉴于此贡献，2003年他与该成像技术的另一位早期开发者英国诺丁汉大学Peter Mansfield教授分享了诺贝尔生理学或医学奖。MRI是医学影像诊断领域继X射线、CT之后影像学检查技术的又一次突破，并且无放射线辐射的不良反应，所以MRI检查对于人体非常安全，尤其适合儿童和孕妇检查需要。MRI技术近几十年仍在不断进展，成像速度已达到亚秒级，还出现了将解剖形态和功能代谢相结合的功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，f MRI）技术。