CT扫描仪是怎么发明的
- CT扫描仪是怎么发明的
- CT扫描仪是谁发明的
- CT扫描仪的发展历程
- CT扫描仪是干什么的啊
- CT扫描的简介
- CT扫描仪有哪些作用
- 谁知道的扫描仪发展史如题 谢谢了
- 做一次CT对人体致癌的概率有多大
- CT和磁共振有什么区别
医学科学也是随科学技术的发展而发展的。公元150年，古罗马的盖伦开始了活体解剖，但近似残酷，因为当时尚未具备麻醉手段。到公元185年，中国的华佗发明了麻沸散，才有可能进行麻醉手术。不过想借助医疗仪器来了解体内器官的病变，而不用手术，又经过了将近整整1700多年，即到1895年，德国伦琴发现X射线才有可能从体外观察到人体内脏腑的变化。这种利用X光进行诊断的方法，在当今医院里仍普遍使用。
伦琴1895年发现X射线是很意外的，他在研究低真空管的放电现象时，发现放在距真空放电管2米远处的涂有氰氧铂酸钡的荧光屏上也发出荧光。他把荧光屏移远，甚至把真空管用黑纸包起来，荧光屏上仍有荧光。经过反复研究，确定这种看不见的光线是由真空管放电时发出的，能够在特殊的荧光屏上显示出来。伦琴用自己的手掌做试验，在荧光屏上第一次看到了手掌的骨骼。伦琴的这一发现很快被用于行医。医生第一次可以不用外科手术就能够看见人体内病变和受损伤的情况。在此以前，医师只能凭病人的体表反映，检查和诊断一些明显的症状，而X射线的利用，就能使人体内部的病变反映到荧光屏上。不过利用X光诊断也存在不足。X射线穿透机体组织，在荧光屏上见到的体内组织的重叠影像，医生就不易准确地从重影判定病变的真实情况，即使进行两三个甚至更多方位的拍摄，不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什么实效。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，包括肿瘤很难探测出来。人们对这个课题的研究，又延续了近80年。到1971年，英国的霍斯菲尔德终于成功地推出了带有计算机的X断层的扫描诊断机—X—CT，或称计算机层析X射线扫描仪(CT）。
早期的CT扫描仪，它的射线源和探测器都装在一个C形磁轮的两端。通过围绕病人转动的射线源和探测器进行扫描，从而得到某一部位的多角度的观察图像。这些图像所反映的软组织密度值就会输入到计算机内，在那里经计算机处理后就能组成二维图像，就会以灰色阴影图像显示到系统监视器上，并由计算机记录下来。这个层析过程犹如用一把光刀，把人的躯体包括体内器官一片一片切下来。通常的切片厚度仅几个毫米，从切片的前一片、后一片，切片部分和临近部分的对比中，来发现软组织的病变。
最初的CT扫描仪，扫描耗时比较长，一般要1~3分钟，使用的是单个窄束射线源和探测器。由于扫描时间长，在扫描过程中，受病人呼吸、消化系统的蠕动等的影响，往往会使图像发生改变。为了解决这个问题，又发明了多元探测器和扇形射线束源。CT扫描仪上装有800个探测器，使其环绕病人身体作弧形排列，这种布局又称为桥形台。使用这种系统，整个扫描仅需约8秒且不会受病人动弹的影响，效果明显提高。
这样的CT扫描仪，虽然已经能正确地反映软组织，但有时也会遗漏一些如肿瘤块的发现。尤其是作脑肿瘤的诊断时，这时由于受制于病人与桥形台的方向的限制，只有与脊柱垂直的平面内进行轴向扫描，才产生最佳成像效果。
为了解决CT扫描存在的这类问题，代表20世纪90年代国际科技水平的新的诊断技术——核磁共振成像系统NMR又诞生了。
英国研制的CT机
核磁共振扫描仪外形和CT扫描仪相似。但病人被推进去的那个圆环上装的不是X射线设备，而是一个强有力的电磁铁，一个无线电波发射器和一个无线电波接收器。当电磁铁通电时，产生一个很强的磁场，而在人体组织分子中最多的氢原子，在强磁场作用下，能迫使病人体内的氢原子核的自旋轴在同一个方向上排列，然后，开启无线电发射器，让它发射出低频的无线电波，氢原子核就从这种无线电波中吸收能量。当发射器关闭时，氢原子核就以信号的形式释放出所吸收的能量。利用健康机体组织中氢原子发射的无线电信号，与有病变的组织发射频率和强度不一样，再通过计算机把来自氢原子核的不同信号变成图像，就可作出诊断。这里要特别提一下，利用核磁共振不仅能更好地探测到肿瘤，而且能早期发现、早期诊断患者并没感觉到的疾病。这是因为核磁共振成像的过程，是由稳定的强磁场与被成像部位各机体组织不相同，不同的生理条件也会在图件上得到反映。这样，即使患者的疾病还处在生化阶段，处在病理、生理、生化失调而症状未出现时，从图像上也能被反映出来。核磁共振NMR与CT相比还有一个优点，即没有明显的副作用，且骨骼对射线的干扰明显降低，成了检验和诊断脑、肝、肾、心、神经系统疾病的最新、最安全的方法。
CT扫描仪的直接发明者是豪斯菲尔德，但是它的发明过程却凝聚着多位科学家艰辛的探索和不懈的努力。
在医学上，人们弄清了为什么用X射线透过人体，荧屏上会显出骨头的黑影。因此，通过X光片，医生可以了解到病人骨头的情况以及体内的一些硬质异物。X射线诞生3个月后，就被维也纳医院首次用于为人体拍片。在这之后，世界各地的医院都开始了X射线的应用。
1955年，美国物理学家科马克受聘到南非开普敦市一家医院的放射科工作。在医院中，科马克很快便对癌症的放射治疗和诊断产生了兴趣。当他发现当时的医生们计算放射剂量时是把非均质的人体当作均质看待时，“如何确定适当的放射剂量”就成了科马克决心攻克的难题。最后，科马克认为要改进放射治疗的程序设计，必须把人体构造和组成特征用一系列切面图表现出来。他运用了多种材料、多种形状的物体直至人体模型做实验，同时进行理论计算。经过近10年的努力，科马克终于解决了计算机断层扫描技术的理论问题。1963年，科马克首次建议使用X射线扫描进行图像重建，并提出了精确的数字推算方法。他为CT扫描仪的诞生奠定了基础。
与科马克不同，英国科学家豪斯菲尔德一直从事工程技术的研究工作。他于1951年应聘到电器乐器工业有限公司从事研究工作，尝试将雷达技术应用于工业生产、气象观察等方面。不久，他又转向电子计算机的设计工作。
病人在用CT机接受检查
当时，他任职的电器乐器工业有限公司除计算机外，还生产探测器、扫描仪等电子仪器。豪斯菲尔德的目标是要综合运用这些技术，生产出具有更大实用价值的新仪器。科马克的研究成果给了他很大的启迪和信心。在科马克等人研究的基础上，豪斯菲尔德选择了CT机作为研究的课题。好在他对计算机技术的原理和运用驾轻就熟，CT图像重建的数学处理方法可以恰当地与他熟悉的计算机技术结合起来，所以研制中的一个个难题很快便迎刃而解了。
1969年，豪斯菲尔德终于设计成功了一种可用于临床的断层摄影装置，并于1971年9月正式安装在伦敦的一家医院。
自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。1967年，英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。10月4日，医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。因此，亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学和医学奖。而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。
CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X线断层扫描技术简称。CT的工作程序是这样的：它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。1967年，英国电子工种师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。10月4日，医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。因此，亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学和医学奖。而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。
CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X线断层扫描技术简称。应用于计算机轴向断层扫描（CAT）中的扫描仪可产生X光，这是一种强大的电磁能。X光的光子与普通可见光的光子基本相同，但是它们携带的能量更多。这种较高的能量水平可以使X光直接穿过人体大多数的软组织（请参阅X光浅说以了解X光穿透软组织的原理，以及X光机是如何产生X光光子的）。 常规的X光成像技术利用的是光影原理。从人体一侧照射“光线”，此时，人体另一侧的胶片可记录骨骼的轮廓。
放射医学技术人员常常在另一个隔开的房间内对CT仪器进行操作，以免反复暴露在辐射下。通过这种方式，机器以螺旋式的运动路线记录X光断层的信息。计算机可调整X光的强度，以最适合的功率对每种类型的组织进行扫描。患者完全通过仪器后，计算机将所有的扫描信息进行整合，形成一个详细的人体影像。当然，通常情况下不需要对整个身体进行扫描。更多的时候，医生会选择一小部分进行扫描。 由于CT扫描仪是全角度地对人体逐个断层依次进行扫描，它所收集的信息比传统X光扫描要全面得多。如今，医生们将CT扫描仪用于各种疾病的诊断和治疗，包括头部创伤、癌症和骨质疏松症。在现代医学中，它们的价值不可估量。 自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。
当代医学诊断技术的重要标志
——1972年CT扫描仪的发明1972年，世界上第一台CT在英国的EMI公司问世。这是继伦琴发现X射线以来，在医学诊断领域的又一次重大的突破。CT出现以后的二十多年来，经过了一代代的技术革新，其分辨能力日益提高，成为当代医学诊断技术的一个重要标志。
《封神演义》中的赤精子有一面照妖镜，任何妖魔鬼怪只要经它一照，就会原形毕露。当然，这是神话。然而，到了20世纪70年代，科学家却让神话变成了现实，他们创造了真正的“照妖镜”——CT(即电子计算机X射线扫描机)。它能使人体中的“妖魔”——病变组织无法藏身，尤其是癌症这个吞噬人类生命的大妖魔。
耐人寻味的是，第一个从理论上提出CT可能性的既不是著名的医学家，也不是卓越的计算机专家，而是一位理论物理学家——美籍南非人阿伦·科马克。经过近十年的努力，科马克解决了计算机断层扫描技术的理论问题，并于1963年首次提出用X射线扫描进行图像重建，并提出了人体不同组织对X射线吸收量的数学公式。科马克虽然没有最终发明这项技术，但他的理论为这项技术的诞生奠定了基础。
CT诞生的真正契机在于计算机技术的迅猛发展，及其在很多领域的广泛应用。1972年，世界上第一台CT机在英国的EMI公司问世。这是继伦琴发现X射线以来，在医学诊断领域的又一次重大的突破。它的发明者是英国的工程师豪斯费尔德，他与创立影像重建理论的美国物理学家科马克共同获得了1979年的诺贝尔生理学医学奖。
CT是采取很细的X射线，围绕身体某一部位，从多个方向做横断层扫描，再用灵敏的探测器接收X射线，利用计算机计算出该层面各点的X射线吸收系数值，再由图像显示器将不同的数据用不同的灰度等级显示出来，从而为疾病诊断提供可以参考的重要依据。这些数字符号转化成了胶片图像，就是医生和病人都能看到的CT片。
以前，面对一些带有文字的档案，美术图形，以及一些美丽的图案，人们总会想：如果能将这些都转换到计算机里，然后进行必要的，那样该有多好啊！人们的这种梦想早已有之，只是找不到解决的方法，正所谓科技以人为本，于是科学家们开始努力探索解决的途径。1984年，这种梦想成真，扫描仪面世了，它的发展史从此开始了。短短二十年间到底经历了什么样的变化呢？笔者对大量的资料进行查阅，整理成文，希望能透过扫描仪的发展史能让读者加深对它的认识，了解它的发展前景。 一、概述 扫描仪是一种捕获影像的装置，可将影像转换为计算机可以显示、、储存和输出的数字格式。扫描仪的应用范围很广泛，例如将美术图形和照片扫描结合到文件中；将印刷文字扫描输入到文字处理软件中，避免再重新打字；将传真文件扫描输入到数据库软件或文字处理软件中储存；以及在多媒体中加入影像等等。 1884年，德国工程师尼普科夫(Paul Gottlieb Nipkow)利用硒光电池发明了一种机械扫描装置，这种装置在后来的早期电视系统中得到了应用，到1939年机械扫描系统被淘汰。虽然跟后来100多年后利用计算机来操作的扫描仪没有必然的联系，但从历史的角度来说这算是人类历史上最早使用的扫描技术。 扫描仪是19世纪80年代中期才出现的光机电一体化产品，它由扫描头、控制电路和机械部件组成。采取逐行扫描，得到的数字信号以点阵的形式保存，再使用文件软件将它成标准格式的文本储存在磁盘上。从诞生到现在扫描仪产品种类纷繁复杂，从下面的表格简单地介绍一些常见的类型。 手持式扫描仪 诞生于1987年，当时使用比较广泛，手持式扫描仪扫描幅面窄，难于操作和捕获精确图像，扫描效果也差。1996年后，各扫描仪厂家相继停产，从此手持式扫描仪销声匿迹。 馈纸式扫描仪 诞生于20世纪90年代初，随着平板式扫描仪价格的下降，这类产品也于1997年后退出了历史舞台。 鼓式扫描仪 又称为滚筒式扫描仪，鼓式扫描仪是专业印刷排版领域应用最广泛的产品，它使用的感光器件是光电倍增管。这种电子管，性能远远高于CCD类扫描仪。 平板式扫描仪 又称平台式扫描仪、台式扫描仪，这种扫描仪诞生于1984年，是目前办公用扫描仪的主流产品。扫描幅面一般为A4或者A3 大幅面扫描仪 一般指扫描幅面为A1、A0幅面的扫描仪，又称工程图纸扫描仪。 底片扫描仪 又称胶片扫描仪》英寸甚至更大，光学分辨率一般可以达到2700dpi的水平，更高精度的产品则属于专业级产品。 笔式扫描仪 又称为扫描笔，该扫描仪外形与一支笔相似，扫描宽度大约只有四号汉字相同，使用时，贴在纸上一行一行的扫描，主要用于文字识别。 条码扫描仪 又称为条码阅读器、笔式扫描仪。有很多类型，其中一种与笔式扫描仪外形相似，主要用于条码的扫描识别，不能用来扫描文字和图像。 实物扫描仪 其结构原理类似于数码相机，它拥有支架和扫描平台，分辨率远远高于市场上常见的数码相机，只能拍摄静态物体，扫描一幅图像所花费的时间与扫描仪相当。 3D扫描仪 结构原理也与传统的扫描仪完全不同,生成的文件是能够精确描述物体三维结构的一系列坐标数据，输入3DMAX中即可完整地还原出物体的3D模型,无彩色和黑白之分。 应用扫描仪最多的领域是出版、印刷行业，此外还可以在办公中用于资料制作、资料管理和档案管理等。另外，如专用的卡片扫描仪、CT扫描仪等其它的扫描仪不在列举之中。 二、技术 自1984年第一台扫描仪问世以来，扫描仪经历了从黑白扫描、彩色三次扫描过度到现在的彩色、一次扫描仪，扫描仪技术的发展日新月异。下面笔者从扫描仪五个比较重要的因素的技术革新进行分析，以此来探索扫描仪的发展道路。 （1）光学分辨率 扫描仪的分辨率可分为光学分辨率和最大分辨率，我们主要以“光学分辨率”为准。光学分辨率一直是扫描仪产品最为关键的性能指标，是影响扫描效果的清晰程度的最重要因素之一。 300dpi的产品曾经在市场上盘踞多年，在经过1999年的一场价格大战的厮杀后终于黯然退出历史舞台，把扫描仪市场的主流地位让给了600dpi的产品。2002年，国内外几大厂家风风火火地将1200dpi光学分辨率的扫描仪产品推向市场，从此600dpi难觅踪影。到了2004年，2400dpi光学分辨率的扫描仪成为市场的热点。 （2）色位 色位是影响扫描效果的色彩饱和度及准确度的最重要因素之一。这里先介绍一个用来度量概念－－位。位（Bit）是计算机最小的储存单位，以0或1来表示位的值。愈多的位数可以表现愈复杂的影像信息。 依次从8 位灰阶用来更精确地表现一般的黑白照片到用24 位彩色，通过红绿蓝信道结合后可产生 1677 万种颜色的组合，此时的24 位的色彩也称作全彩。然后又从36 位彩色到42位，再到48位，发展相当迅速。 （3）扫描元件 扫描仪的核心部分是完成光电转换的部件——扫描元件(也称为感光器件)。目前市场上扫描仪所使用的感光器件主要有四种：电荷藕合元件CCD、接触式感光器件CIS、光电倍增管PMT和互补金属氧化物导体CMOS。 1969年美国贝尔实验室于发明CCD(Charge Coupled Device，电荷藕合装置)，与电脑晶片CMOS技术相似，也可作电脑记忆体及逻辑运作晶片。CCD的感光能力相对低，但CCD技术不断发展，又由于CCD的体积小、造价低，所以广泛应用于扫描仪。 1998年，互补氧化金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS) 诞生了，它是一种新型的图像传感技术。对于CMOS技术的研究已有数十载，但直到20世纪末把它应用于制作图像传感器。CMOS的优点是结构比CCD简单，耗电量只有普通CCD的1/3左右，而且制造成本比CCD要低。 同年，一种基于CMOS技术的传感器的接触式图像传感器(Contact lmage Sensor，简称CIS)也诞生了。CIS扫描仪将光源、聚焦镜片及感应器一同固定于一个外罩内，不须调节、预热，所以比CCD扫描仪起动快。CIS扫描仪体积比CCD扫描仪更小，而制造成本也更少，但品质上还是比CCD稍逊一筹，并且CCD的技术比CIS要成熟。 （4）接口类型 扫描仪的接口是指扫描仪与电脑主机的联接方式，目前扫描仪常见的接口方式有SCSI、EPP、USB三种。 1979年SCSI技术诞生。早期的扫描仪大都是SCSI接口。优点是传输速度较快，扫描质量高；缺点是需要开机箱安装一块SCSI卡，要占用一个ISA或PCI槽以及相应的中断，安装相对复杂，有可能和其他配件发生冲突。 没过几年，EPP（Enhanced Parallel Port的缩写）接口技术诞生。和SCSI的扫描仪相比，其速度较慢，扫描质量稍差，但安装方便，兼容性好，大多采用EPP接口的扫描仪后部都有两个接口，一个接计算机，另一个接其他的并口设备（一般是打印机）。 1994年诞生USB（Universal Serial Bus的缩写）技术，当时是由 PC 界的几位“巨人”——康柏、IBM、Intel和Microsoft共同推出的，旨在统一外设如打印机、外置Modem、扫描仪、鼠标等的接口，以便于安装使用，取代以往的串口、并口和PS/2接口，USB 标准真正颁已经是1996年了。又过了两年，USB才迎来了真正的春天——业界巨头们共同制定了USB1.1标准，使USB技术更加成熟可靠，真正发展起来。 （5）扫描仪配置软件 扫描仪配置包括软件图像类、OCR类和矢量化软件等，这里不能不介绍OCR。简单地说，OCR的基本原理就是通过扫描仪将一份文稿的图像输入给计算机，然后由计算机取出每个文字的图像，并将其转换成汉字的编码。 早在1929年，Taushek就在德国获得了一项有关OCR（光学字符识别）的专利。欧美国家为了将浩如烟海、与日俱增的大量报刊杂志、文件资料和单据报表等文字材料输入计算机进行信息处理，从50年代就开始了西文OCR技术的研究，以便代替人工键盘输入。文字识别软件（OCR）的出现，实现了将印刷文字扫描得到的图片转化为文本文字的功能，提供了一种全新的文字输入手段，大大提高了用户工作的效率，同时也为扫描仪的应用带来了进步。这是扫描仪发展史上一个具有重要意义的里程碑。 三、主要品牌及其代表产品 （1）全友（Microtek） 全友（Microtek）是全球首家将CCD成像技术应用于图像扫描产品的厂家。1984年世界第一台扫描仪诞生于台湾全友，在此之前，图像的数字化只有电分一条途径，可以说全友开创了世界先河。MICROTEK多年来致力于科技的创新与推广，获得包括双光源、双平台（E.D.I.T-Emulsion Direct Imaging Technology）等技术在内的许多专利，是全球销量最大的扫描仪生产制造厂商。全友公司不仅在美国洛杉矶、圣荷塞、新奥尔良三个城市都设有研发中心，在台湾科学园、上海也有研发中心。中晶科技有限公司为全友电脑股份有限公司（MICROTEK) 在中国大陆投资2570万美元设立的独资企业。全友公司在全球扫描仪领域里处于领先地位，中晶的产品一向以设计严谨、参数真实、制作精良、性能可靠而饮誉业界，它们不以虚高的所谓技术参数哗众取宠，造型也趋于稳重保守。从历史的角度来看，可以说是Microtek开创了如今如火如荼的扫描仪产业新纪元。 1984年，推出世界第一台桌上型光学黑白影像扫描仪。 1985年，推出世界第一台300dpi桌上型光学黑白影像扫描仪。 1986年，推出世界第一台桌上型平台式黑白影像扫描仪。 1992年，推出世界第一台36位胶片扫描仪ScanMaker 45t，这标志着平台式扫描仪已进入高分辨率、高彩色还原度的时代。 1993 推出第一代正负片透光式影像扫描仪scanMaker35t。 1999年10月，全球第一台42位单次1200dpi扫瞄器ScanMaker X12USL诞生。 （2）清华紫光 1988年，清华大学科技开发总公司成立，它是清华紫光的前身，1993年，清华大学科技开发总公司更名为清华紫光集团。清华紫光股份有限公司是主营IT和通讯业务的A股上市公司，是国家520户重点企业、国家重点高新技术企业、国家863计划成果产业化基地、全国电子信息“百强“企业。集清华大学的特殊优势和近20年的市场积累，以品牌、资源、资金为发展支点，以 “简单、高效、健康“为管理思想，突出主营业务方向。在扫描仪这个领域，清华紫光有较长的历史，有强大的实力。1989 年，清华紫光第一个将扫描仪引入中国大陆，中国大陆第一个自有品牌的扫描仪诞生在紫光；紫光OCR 文字识别技术世界领先；紫光图档系统等众多项目列入国家火炬计划等等。
CT检查是我们现在常用的一种检查手段，可以帮助我们判断疾病的病情。但是，也有人说，CT有辐射，做得多了会对身体造成伤害，还会致癌。那么，CT会致癌到底是真的吗？
CT致癌风险不大！
CT可以被理解为用X光从多角度拍摄。X射线属于电离辐射，它在对人体作用的过程中会产生生物效应而伤害人体。除扫描层面内的剂量外，扫描范围外的区域也存在相当剂量的散射线。DNA双螺旋结构被打破是对细胞的关键性损伤，辐射诱导基因突变或双螺旋结构被打破畸变增多最终可导致癌症。
虽然有些研究统计了由X射线检查导致的癌症病例，但是比例比较小，且情况也比较特殊，正常使用CT辐射致癌的危险很小。有资料证实，辐射诱导癌症剂量不成线性，只有阈值剂量率超过一定限度才会诱导癌症。在我国，新型CT扫描仪——多排探测器CT已装备到县一级，它也被称为多层面CT扫描仪，可根据病人的体厚、密度状况来适时调整X线辐射剂量，一改过去无论病人体质状况如何，均采用统一的X线剂量的做法，做到X线剂量个体化，使低剂量和超低剂量的CT扫描成为可能。
我国曾有权威专家研究指出：以现在的螺旋CT扫描剂量水平致癌风险极小，但病人在短期内多次扫描，甚至1天内CT检查几个部位所累积的剂量是不可忽视的，尤其是现在的心脏冠脉CT扫描1次就可达到10~14mSv（mSv是辐射剂量单位）的剂量当量，增加了不确定的风险。所以说，正常做CT检查致癌风险不大，但是不能滥用。
合理控制辐射剂量
在这里要强调图像质量和剂量控制的原则，是确保影像质量能满足临床检查需要的最低剂量，任何无谓地过多使用剂量都属失误。对不同的诊断目的，应提供不同噪声水平的图像。对于被检者来讲，尽可能避免一些不必要的检查；扫描中也应配合医生，减少不必要的重复扫描。
CT扫描仪可以用于对人体的全身扫描，而核磁共振扫描仪则主要用于对人体的软组织的扫描。通过这两种仪器，医生可以获得详细的三维的人体剖面图象，清楚地看到人体组织中的细微的变化，为科学的诊断提供有力的证据。CT扫描仪和核磁共振扫描仪的外形十分相似，它们所获得的三维图像也很相似，但是应该指出这两种仪器的成像原理确是完全不同的。CT扫描仪的原理相对比较简单，它是利用不同密度的人体组织对X射线有着不同的吸收率的原理而设计的。大家都知道X射线是一种波长很短的电磁波，它沿着直线传播，由于它的能量很高，所以它可以穿透人体的所有组织。由于人体不同组织的密度不同，所以它们对X射线的吸收率也各不相同。如果用平行的或者是向外成一定角度发散的X射线穿越人体，然后对感光胶片进行曝光，这样就可以清楚地看见人体的骨肋和一些软组织的分布情况。这就是最常用的X射线透视的基本原理。X射线透视是在二十世纪初期所发明的，它的发明为医学的诊断提供了一个极为重要的信息来源。但是遗憾的是X射线透视所得到的是一个平面图形，由于人体组织的重叠会引起对X射线吸收的互相叠加的作用，所以在X射线透视的照片上很多的细节是看不到的。为了了解一些三维的细节，就必须从不同的角度进行X射线透视，而要想获得人体的三维图象则是不可能的。为了获得人体组织的细节，为了获得人体组织的三维图象，这只有依靠于现代的CT扫描仪和核磁共振扫描仪了。CT扫描仪是1971年由洪斯非尔德(Hounsfield)发明的，洪斯非尔德并因此而获得1979年的诺贝尔奖。CT扫描仪和X射线透视有很多相同的地方，但是也有很多不同的地方。相同的是它们都是以人体组织中不同密度的器官对X射线有着不同的吸收率作为仪器设计的基本原理。它们所用的射线源可以是波阵面为平面的X射线面源，也可以是波阵面是球面发散的X射线点源。而它们之间不同的地方是：1）X射线透视的接收装置是一张胶片，而CT扫描仪所使用的则是一组园弧形的电子接收装置，这种装置一般是由用准直器分隔开的晶体所构成。这个电子接收装置正好位于X射线源的正对面。2）X射线透视工作时它的射线源和胶片均处在固定的位置上，而CT扫描在工作时不但所扫描的人体会在扫描仪的园孔内来回移动，而且X射线源和电子接收装置也会在CT扫描仪的园环上高速地旋转。在CT扫描仪上这两个方向上的运动都有精密的编码器来监察。3）这两个仪器的最后一个不同点就是X射线透视不需要进行计算机处理，而CT扫描仪则需要使用计算机对图象进行较为复杂的计算和处理，从而来形成三维的人体组织的详细图象。为了对CT扫描仪的原理有进一步的了解，有必要要对X射线透视的透射吸收有所了解。如果一种材料的吸收系数为 ，则X射线在材料中经过一定的路程 后，该材料对X射线的透射率则为 。当X胶片或者接收器的平面平行于X射线的发射平面时，则X射线经过人体各部分的吸收以后，在胶片上各个点上的透射率的分布就是：(1)透射率和X射线的源强度的乘积就是X射线到达感光胶片或者接收器时的能量。假设X射线的波阵面是一个平面，X射线的原有的强度为 ，考虑到在接收器上的背景噪声为 ，如果将介质的吸收系数进行离散处理， 为介质中每一个离散点的长度，则最后落在接收器上相应的点上的辐射强度为：(2)考虑到X射线的散射和其它因素，这个公式经过简单的变换有：(3)注意当X射线为发散形传播时，我们还要注意X射线的自身强度在传播中也将不断衰减。X射线的自身强度和X射线传播的距离的平方成反比。从上面的公式看，X射线在经过吸收系数不同的结构以后，所产生的信息可以形成一个线性方程组。CT扫描仪一般还可以用于同位素辐射的成像。当人体器官中积聚了半衰期很短的同位素时，同位素的衰变会发射出 射线。这时如果不考虑人体的吸收，则CT扫描仪的接收器中某一个点所以获得的辐射为：(4)式中 是同位素的空间分布函数。而接收器所获得的图像则是空间分布函数在一个方向上的投影。上面的公式3和4说明CT扫描仪和同位素成像都是典型的坐标函数投影的问题。在坐标函数投影的过程中，三维的图像信息将被压缩到一个二维图象中去，而一维的图像信息则会被压缩到一个一维图象中去。通过个别的一维或者二维图象的有限信息，是不可能重新恢复它所包含的二维或者三维信息的。但是如果对同一个二维或者三维结构的不同方向进行多次的曝光，我们则有可能通过多个一维或者二维图象来完全恢复原来的三维结构的所有信息。实际上CT扫描仪是通过X射线源不断地从不同的位置对一个个人体的二维剖面进行投影，从而在一个不断转动的弧形的一维或者二维接收器上成像，从而形成多个对同一剖面的一维或者二维的投影图象。通过这些图象的信息，就可以恢复该剖面的二维形态，构成一个个的人体剖面的图象。在正电子辐射扫描仪(positron emission tomograh) 中也使用了同样的原理。这时利用在人体中注射放射性的物质，这些物质会根据人体中各个器官的特性进行一定的分布。这样这些放射性的物体会发射出光子，这些光子的集中程度和放射性物质的集中程度是相同的。当接收到这些光子以后，可以根据投影逆变换的原理来了解人体中各个器官的有关情况。坐标和坐标函数的投影问题是一个非常简单的问题，这里就不作介绍了。然而坐标和坐标函数的逆投影变换问题确是比较复杂和困难的课题。前者是现今照相精密测量和航空大地测量的基础，后者则是很多医学成像仪器的基础。照相精密测量和航空大地测量的计算公式不是本文介绍的内容，这里主要介绍坐标函数的逆投影变换问题。这个逆变换的问题一般有四种不同的求解方法：1）简单的反投影方法；2）积分方程的方法；3）傅立叶变换的方法；和4）级数展开的方法。为了简洁起见，这里主要介绍第一和第三种方法。其中第三种方法是目前医学成像中最常用的方法。反投影方法十分简单，它的基础就是假定在图像中任何有贡献的像点沿着投影方向的贡献是完全相同的。取最简单的情况，如果有一个2X2的平面图像，它们的每一个像点的强度为：2，3和4，5。则它们在X方向的投影为5和9，在Y方向的投影为6和8。在进行反投影时，首先将X方向的投影值进行均匀分配，这样获得的每一个像点的强度为2。5，2。5和4。5，4。5。这时再加上在Y方向上的投影的贡献，这样获得的每一个像点的强度为5。5，6。5和7。5，8。5。由于我们将多次的投影进行了重复的分配，所以我们要对每一个像点的强度减去掉一个数值N，这个值为 ，这里 是在逆变换中所利用的投影的总数目， 是每一个投影中的总的函数强度值， 是图像中像点的总数目。这里的例子中 ，，， ，减去这个值以后，所有得出像点的强度分别为2，3和4，5，和原来图像中各个像点的强度值完全相同。然而这种方法的局限性也是十分明显的。1）当投影数增加时，图像上的每一个像元并不能很好地和投影迈步上的像元完全一一对应；2）这种强度贡献相同的假设使得反投影方法具有去高补充低的倾向，原来清晰的形体所获得的图像则是模糊和不清晰的。因此这种方法已经很少使用。现在比较广泛使用的是其它几种逆变换的方法。而其中傅立叶方法则是一种最为重要并且最广泛应用的方法。傅立叶方法的原理是利用每个投影的频率分布来合成出原来图象的频率分布，具体的方法是这样的：假设原有的图像是一个二维的图像 ，将图像沿着方向 进行投影，则投影的一维函数为：(5)如果坐标旋转一个角度 ，旋转后的坐标用 来表示，则新的投影的函数为：(6)这时对投影进行频率分析，它的傅立叶变换为：(7)注意上面的函数是一维函数，但是它同样是一个二维函数的一个部分。这个二维函数就是原来图象的傅立叶变换，或者称维原来图像的频率分布：(8)更确切地说，图象 的一维的沿角度 上的投影函数 的傅立叶变换 正是二维函数 的傅立叶变换 在 的轴线上的值（该轴线和原来的X轴线的角度为 ）。这个重要的结果就是有名的中心剖面理论(Kak and Slaney,1988) 。根据这个理论，通过投影来求解二维函数 的必要充分条件是求得在 和 范围内的所有投影值。有了这些投影以后，通过傅立叶变换可以求出原函数的傅立叶面上的所有值，当然在傅立叶面上所获得的值的密度很高。经过傅立叶反变换这样一个一一对应的映射就可以求出原来函数的分布。这个结论也可以很容易地推广到三维图像的情况中去，只要有足够多的三维形体的投影，就可以求得原来的三维图像。这个理论是CT扫描仪和很多成像仪器的设计基础。CT扫描仪的设计中还有很多其它的设计要点，限于篇幅，在本文中就不再介绍了。核磁共振扫描仪是在二十世纪八十年代发明的。尽管核磁共振扫描仪和CT扫描仪的外形以及它们所获得的人体的三维图象非常相似，但是核磁共振扫描仪的基本原理和CT扫描仪的则完全不同。核磁共振扫描仪的主体是一个稳定的磁场，这个磁场的方向和人体在仪器中运动的方向相同。早期的核磁共振扫描仪有的使用笨重的永磁体来获得这个稳定的磁场，这种永磁体十分笨重，而且制造的成本也很高。但是永磁体不需要使用能源，所以运行比较便宜。后来这种磁体由大型直流线圈所代替，这种直流线圈成本较低，但是它的运行费用很高，需要大量的电能，而且它所产生的磁场的强度较小。不过现在这些都已经为超导线圈所代替，使用超导线圈有这样的好处，当在超导线圈中激发电流以后，就不再需要电流的供应。一种典型的超导线圈的结构包括了6个主线圈，和2个直径更大一些的线圈，这两个线圈的作用是使所形成的磁场在工作区间内更加平直，补偿磁场的弯曲现象。超导线圈一般是用包在铜皮内的铌钛合金(niobium titanium alloy)构成的。这种超导体的超导温度是低于12K。为了使电流密度提高，温度还要低一些。所以需要使用液态的氦或氮来进行致冷，一般线圈是浸在液态的氦中的，这时的温度是4。3K。除了低温以外，超导体内的电流也不能超过一定的极限值，同时超导体上的磁场的值也要足够的低。为此在具体的设计中，要求很高。如果不能达到这些设计要求，在一部分线路中就会产生电阻，引起温度的上升。这个温度的上升又会引起周围的超导体离开超导的工作范围，产生更多的电阻，从而产生更多的热量。这个过程是一个不稳定的，它会导致磁能量的消失和液态氦的蒸发。为了保证液态氦的温度，减少热量的损失，在液态氦的容器外还有两层辐射屏蔽层，它们的温度分别是15K和60K。这些屏蔽层是用热传导率低的细长的杆件支撑的，所以在运输的时候，需要特别的细心。从长期的运行来看，总是有热量进入液态氦，同时超导体也并不是真正的零电阻，所以线圈中的电流会逐渐地降低，从而使磁场的强度降低。所以在一定的时候，必须对磁体进行重新的激发。在具体的超导电路中，正常的情况超导线圈是一个封闭的电路，但是在需要激发的时候，其中一部分线路经过加热断开，使线圈和外部的电源直接连接，增加线圈中的电流量。这是一个很缓慢的过程，这是因为电压等于电感和电流变化率的乘积。由于线圈的电感很大，所以一个适当的电压的条件下，需要很长的时间才能够使电流增大。如果利用铌锡合金(niobium tin wire)作为超导体，它的临界温度是18K，所以可以不使用亚太氦。磁场强度的单位是高斯 ，一般核磁共振扫描仪的磁场强度为一千到二万高斯左右。除了这个主磁场的线圈以外，在核磁共振扫描仪的主体之中还有一些用于克服主磁场在边缘区域的不均匀性的填充磁场线圈 和一个使主磁场产生强度梯度的梯度线圈 。这些梯度线圈的作用，我们将在下边在进行详细的介绍。一般梯度磁场的强度数值大概是主磁场强度数值的百分之一。核磁共振扫描仪的原理比较复杂，我们的讨论必须从原子核中的质子的自旋说起。比如说最简单的原子核氢核中一共有一个质子和一个中子，其中质子带有一个单位的正电荷，中子则不带电荷。由于原子核的自旋，所以会因为带电的质子的原因而在其周围产生一个微小的磁场。或者说每一个原子就相当于一个独立的磁矩。不过这个磁矩所形成的磁场的能量很小，人们几乎感觉不到。同时由于各个原子的自旋的方向有着随机的特性，所以它们各自的磁矩所形成的磁场会互相抵消，总的效果正好为零。但是由于有这种微小磁矩的存在，它们会对原子核邻近空间的磁场作出一定的反映。正是这种反映形成了核磁共振扫描仪的成像基础。在外界没有磁场的情况下，人体中的氢原子核的微小磁场是随机分布的，因此不存在磁化的问题。但是当外界存在一个稳定的磁场的时候，大多数的原子核的微小磁矩就会顺着外界的磁场的方向进行整齐的排列，比如当人体处在核磁共振扫描仪之中的时候，人体中的氢原子核的微小磁场就会顺着主磁场的方向排列，这时我们就说这些磁矩被磁化了。在核磁共振扫描仪中，主磁场的强度为 ，通常将这个磁场的方向记为是 轴的方向，而将 轴的方向记为指向竖直向上的方向。人体组织的磁化的强度一般用 来表示，这个磁化强度值一般很小，在通常的情况下这个值也是测定不出来的。但是在它们被磁化以后，如果把它们的磁矩的方向诱发到和主磁场 的方向不同的时候，这些小的磁矩就会处于一中高能量的不稳定的状态，它们会迅速地释放能量，回到低能量的稳定的状态，在这个过程中，磁矩的存在就有可能会被测定出来。为了测定这个微小的磁场 的存在，在核磁共振扫描仪的 平面上，还有第二个外部的磁场 。这个磁场是通过在这个方向上的一个或者多个线圈而形成的。这个线圈可以同时用于激发这些微小的磁矩并且接收由于这些微小的磁矩 的方向的变化所产生的感应，严格地说是核磁方向变化在 平面上的投影所产生的感应。在实际测量工作的时候，这一线圈的激发过程每一次仅仅需要很短的时间，大约是几十个毫秒。为了激发一定的原子所形成的磁矩，在这个线圈中，必须输入具有一定频率的微小脉冲。这个脉冲的频率和主磁场的磁场强度 成正比，和所要测量的原子核的电磁特性相关。对于人体检查中常用的氢原子核来说，这个频率的数值为：(9)式中 称为磁旋系数。对于不同的原子核，这个系数的数值是不相同的。磁场 的变化频率必须正好等于这个频率的数值，如果频率不等，则不能改变这种原子的核磁矩指向的方向。同时这个频率的信号必须要有一定的停留时间，使得磁矩的方向正好转过90度，或者180度。如果这个时间超过了180度，磁矩也不能再继续增加能量，方向也不能继续地改变。简要地说：为了要使人体组织的分子氢核中的微小磁场能够旋转到 轴的方向上，这个外部的磁场第一一定要出现在 平面上，第二它必须在这个平面上以上式所计算的频率不停地旋转，第三这个磁场的持续时间要正好等于一定的数值。在这个附加磁场的作用下，人体中的氢核的微小磁场 将随着这个磁场 的旋转而成螺旋型的曲线不停地翻转，最后完全转到 平面上，和 轴线相重合。这时在这个小线圈中所需要的微波脉冲就叫做 脉冲。如果这个脉冲再延长一倍，那么人体中的微小磁场会继续转动，最后转到 轴线的方向。这个较长的脉冲叫做 脉冲。现在核磁共振扫描仪在成像时所使用的就是这两种微波脉冲。人体组织的分子中的微小磁场在这种附加磁场的激化下能量增加，从而处于不稳定的高能量的状态。当人体组织的分子中的微小磁场旋转到 轴或者 轴线的方向以后，它所处在的状态是不稳定的。这时将这个附加的具有特定的频率的变化的磁场 关闭的话，那么人体组织分子中的微小磁场就会慢慢地沿着螺旋型的曲线旋转到主磁场的方向上。在这个微小磁场旋转的过程中它的能量会不断减少，同时释放出附加的能量。这时如果利用激化磁场 的电感线圈接收的话，线圈内就会产生出一个与该人体组织分子所处位置上的磁场强度相关的一定的频率的小的脉冲。这种空间位置和脉冲频率之间的关系可以简单地表示为：(10)式中 是在接收脉冲信号时可能附加的梯度磁场。在核磁共振中主磁场是在 轴方向， ，梯度磁场是一个张量，有9各分量，但是一般只使用其中三个梯度方向分量中的一个或多个，即： 。这个公式和前面的公式(9)是核磁共振成像的基础。在测量中，磁场强度相同的面上各个点上所发出的脉冲均具有相同的频率。所以核磁共振的一种成像方法和前面所说的投影方法是相同的。我们在观察中可以分别采用不同的磁场梯度，这样对所测的量是人体中的氢核的分布在不同的方向上投影的值。具体将所测量的脉冲进行傅立叶变换，这时在频率谱上的强度值就相当于在不同的方向上所有等磁场强度面上的核子频谱的能量的总和。在核磁共振中我们还可以对人体中某一个特定的区域进行测量，这时我们通过调整梯度场的三个分量，使得该特定区域具有一个特定范围的磁场强度。当我们在引进激化磁场时，可以使激发这一磁场的变化变化脉冲具有的频率宽度很窄，这样仅仅能够激化这一特定的区域内的核子的磁场。这样在这个磁场去掉以后，所接收的脉冲信号就仅仅是这一小的区域中的氢核分布所产生的。另外还有一种区域局部测量的方法是在测量核子辐射时在其它区域采用交变的梯度磁场，这样除了在指定的区域内测量值是稳定的外，其它区域的测量值的强度均会上下摆动，这样在脉冲接收以后可以利用电的方法比较信号的稳定性，去掉频率不断变化的信息，仅仅保留频率恒定的指定区域的信息。实际上现代核磁共振扫描仪进行人体扫描所采用的一般是一种二维傅立叶变换的方法。利用这种方法可以快速地对人体的剖面进行成像，具有很高的效率。二维傅立叶变换的方法除了引进了磁场强度的空间梯度以外，还引进了磁场强度的时间梯度的变化。具体的方法是这样的：1）在激化磁场时同时引进 轴的梯度磁场，使得在的 方向限制核磁信息产生的范围；2）当激化磁场关闭以后，在第一个小时段 内首先引进在 方向上的时间域内的磁场梯度的变化。这样的磁场梯度相当于频率的不同。不同的频率的脉冲经过时间 的积分后就在核子磁场中引进了在 轴方向上的相位差别，这就是相位的编码。注意这种相位编码要在测量中重复进行，使得 次的相位变化值均匀地分布于 度到 度之间；3）经过了这一时段 后， 方向上的磁场梯度马上关闭，线圈开始接收脉冲信号，与此同时仪器在 方向上引进了空间上的磁场梯度，一直到时间 为止。在这一时段，由于空间上的磁场梯度在 方向上引进了频率的编码。所以核磁共振仪器所记录的感应信号不但有频率编码，而且有行为编码。所测量的脉冲信号要进行第一次傅立叶变换，获得在该相位编码时的频率强度分布。由于在这一时段 内，同时有了在 两个方向上的相位和频率的编码。重复步骤2）和3）获得 个不同相位编码的频率强度分布的曲线，最后要对所获得的在平面上分布的数值在其相位轴的方向上分别进行多次的傅立叶变换，这样核磁共振就可以获得完整的二维强度分布的图象。当然如同其它测量一样，有时要多次对同一个量进行重复测量，进行平均以减少误差的贡献。这种二维成像的方法同样可以推广到三维的情况，这时在步骤2）时应该在 轴的方向上引进另一个梯度磁场，同时在这个方向上也要相应地改变梯度的数值，以获得三维的频率投影值。最后再在 轴的方向作一系列的傅立叶变换，求得强度的三维分布。应该指出人体内各个器官中的氢核的分布是不同的，它们大量地分布在人体中软组织和液体之中，所以比较CT扫描仪来说核磁共振更实用于对人体软组织的成像。在人体的骨骼之中，基本上不存在氢核，所以它不能了解骨骼之中的详细情况。核磁共振是一种十分重要的测量方法，它不但可以用于对氢核的测量，也可以应用于对其它核子如碳，磷，钠，钾等等核子的探测。它不但可以用于医学成像，也可以用于材料科学，地质探矿等等其它的领域。当用于对水资源和石油资源的探测时，可以把地球磁场当作主磁场，在地面上用一个大的线圈产生附加的磁场。同时用这个线圈对地层中的水或者油中的氢核的磁场响应进行探测。核磁共振是一项十分重要的高新技术，上面介绍的仅仅是它的最基本的原理和方法。在结束这篇文章的时候也要提一下CT扫描的方法在地质测量的应用。地震波在不同的介质中有着不同的传播速度和吸收特性，当地球上某一个点发生地震时，通过在地面上的不同点进行测量，就可以获得在地层中的一定区域在一定方向上的投影。如果能够获得很多的地震在地表各个点的影响，就获得了和CT扫描所获得信息相似的数据。通过这些数据，同样可以通过傅立叶变换和反变换来获得地层内的密度分布和结构分布。地震波包括纵波和横波两个部分，其中的横波很难通过液体和气体的结构，所以利用这种方法也可以用于测量油气田以及地下水的调查工作。
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