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■张鹏飞

在现代医学发展史上，CT（电子计算机断层扫描）是一项极为重要的技术，医生借助它能清晰地看到人体内部结构，为疾病诊断提供重要依据。那么 CT 技术是如何诞生、发展的，未来又将走向何处？

前世：艰难探索与理论奠基

19 世纪末，德国物理学家伦琴发现了 X 射线，这为医学诊断开辟了新路径。X 射线可以穿透人体，使不同密度的组织在底片上留下不同影像。医生能借此初步观察人体骨骼和部分器官的状况。不过，传统 X 射线成像只是二维平面图像，人体组织器官相互重叠，很多病变难以清晰呈现，极大地限制了诊断的准确性和全面性。

1917 年，奥地利数学家约翰·拉东提出一个重要理论：通过对物体多角度投影进行数学计算，能够重建其内部结构。当时，这一理论在医学领域未受重视，却为后来的 CT 技术埋下了数学理论的种子。

20 世纪中叶，电子和计算机技术的发展，为医学影像的突破创造了条件。1955 年，南非物理学家艾伦·科马克在医院放射科工作时，开始思考改进 X 射线诊断技术。他发现人体不同组织对 X 射线的吸收程度存在差异，经过多年研究，于 1963 年成功推导出利用 X 射线投影数据重建物体内部结构的计算公式 ，为 CT 技术的实际应用奠定了理论基础。

今生：助力疾病诊治

1971 年 9 月，英国电气工程师戈弗雷·豪斯菲尔德成功制造出世界上第一台用于临床的 CT 扫描仪，并将其安装在英国伦敦郊外的医院。同年 10 月 4 日，这台 CT 扫描仪成功完成了对一位疑似脑部肿瘤患者头颅的扫描。尽管扫描时间长达 160 秒，图像分辨率也较低，但这一成果标志着 CT 技术从实验室迈向临床，开启了医学影像诊断的新纪元。

1972 年，豪斯菲尔德和同事在英国放射学研究院年会上介绍了 CT 技术，引发了医学界的轰动，此后 CT 技术进入快速发展阶段。第一代 CT 机扫描速度慢，图像质量差；第二代 CT 机缩小了探测器孔径，增加了数量并改进了扫描方式，扫描速度和图像质量有所提升，但扫描时 X 射线管和探测器需同时平移和旋转，操作复杂且耗时较长。

1974 年，第三代 CT 机问世，它采用扇形 X 射线束和大量紧密排列的探测器，扫描时只需旋转，无需平移，扫描速度大幅提升至 2~9 秒，图像质量也有了质的飞跃。这使得 CT 技术在临床上得到更广泛的应用。

1983 年，第四代 CT 机诞生，探测器呈环形固定排列，只有 X 射线管旋转，进一步提高了扫描速度和图像质量，减少了因探测器故障导致的图像伪影。同年，第五代 CT 机-电子束 CT（EBCT）被开发出来。它利用电子束扫描替代机械运动扫描，扫描速度达到毫秒级，使心脏、大血管等快速运动器官的影像检查成为可能，为心血管疾病的诊断提供了有效手段。

1985 年，滑环技术应用于 CT 设备，实现了 X 射线管单方向连续旋转扫描。1989 年，螺旋 CT 扫描方式问世，突破了传统逐层扫描的局限，患者匀速移动，X 射线管持续旋转，扫描速度大幅提高，一次屏息即可完成较大范围的扫描，减少了呼吸运动伪影，还能获取连续容积数据，为三维后处理图像的精确重建提供了保障。

随着科技进步，多层螺旋 CT 技术不断发展。1992 年双层螺旋 CT 问世，1998 年四家公司同时推出 4 层螺旋 CT，2001 年 16 层螺旋 CT 研制成功，2003 年 64 层 CT 投入临床。2005 年，首台双源 CT 扫描仪成功上市，配备两套 X 射线源和探测器系统，在心脏成像方面优势显著，无需严格控制心率，就能以极快时间分辨率采集与心电图同步的心脏和冠状动脉图像，提高了心血管疾病的诊断准确性和效率；同时还可进行双能量成像，获取更多组织成分信息，助力疾病鉴别诊断。

2009 年底，能谱 CT 技术应用于临床，突破了传统 CT 单一 CT 值成像的局限，实现了物质分离和定量分析，在超低剂量扫描的情况下也能获得高分辨率、高清晰度的图像，可精确识别区分不同物质，为肿瘤早期诊断、鉴别诊断和个性化治疗提供更丰富准确的信息。2021 年，全球首台光子计数 CT 扫描仪问世，重新定义了 CT 扫描原理。它采用新型探测器直接计数 X 射线光子，比传统探测器能量分辨率和灵敏度更高，能提供更清晰准确的图像，有望为医学诊断带来更多突破创新。

CT 技术的发展使其在临床应用中发挥着越来越重要的作用，几乎涵盖了医学的各个领域。在神经系统疾病诊断方面，CT 是诊断脑肿瘤、脑出血、脑梗死等的重要手段，能快速准确显示脑部病变的位置、大小和形态，为临床医生制定治疗方案提供关键信息。

在呼吸系统疾病诊断中，CT 尤其是高分辨率 CT（HRCT）优势明显，能清晰显示肺部细微结构，对早期肺癌筛查、肺炎诊断以及间质性肺疾病评估等意义重大。

腹部疾病诊断时，CT 可全面检查肝脏、胰腺、肾脏等腹部脏器。对于肝脏肿瘤，CT 能准确判断肿瘤大小、位置、形态以及与周围血管的关系，有助于肿瘤分期和治疗方案的选择；在胰腺疾病的诊断和鉴别诊断方面也发挥了重要作用。

在心血管系统疾病诊断中，多层螺旋 CT 和双源 CT 让心血管疾病的无创检查成为可能。冠状动脉 CT 血管造影（CTA）可清晰显示冠状动脉的形态和病变，对冠心病的诊断和治疗有重要指导意义，还可评估心脏结构和功能，诊断先天性心脏病、心肌病等心血管疾病。

在骨骼肌肉系统疾病诊断中，CT 能清晰显示骨骼细微结构和病变，对骨折、骨肿瘤、骨髓炎等疾病的诊断价值重大，还可通过三维重建技术直观展示骨骼的立体形态，为骨科手术的规划和实施提供有力支持。

此外， CT 透视技术为介入治疗提供实时影像引导。医生可在 CT 监视下进行穿刺活检、肿瘤消融、置管引流等操作，提高操作的准确性和安全性。

未来：迈向精准医疗新时代

CT 技术有望在多方面取得突破发展。在图像质量提升上，科学家将致力于提高 CT 的空间、密度和时间分辨率。通过开发新型探测器、优化计算机算法和改进扫描技术，未来 CT 有望实现更清晰准确的成像，发现更小的病变，为疾病早期诊断提供更有力的支持。

在降低辐射剂量方面，未来可能采用更先进的低剂量扫描技术、智能曝光控制技术以及迭代重建算法等，在保证图像质量的前提下，最大程度降低患者的辐射剂量。

在与人工智能融合上，未来 CT 可能与人工智能深度融合，实现自动图像分析、诊断辅助决策以及疾病风险预测等功能，提高诊断效率和准确性，实现精准预防和个性化治疗。

在拓展应用领域，未来 CT 技术可能在分子影像学、功能影像学等新兴领域取得突破，为疾病诊断和治疗提供更多维度的信息。

随着科技进步，CT 技术将持续为人类健康事业助力，为实现精准医疗发挥更大作用。

（作者单位：首都医科大学附属北京儿童医院）