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『大開眼界』 是我們?nèi)碌念l道，這里會有很多新奇的醫(yī)療器械相關(guān)的視頻，等著你看。保證你以前沒有看過。

在音樂圈，提起"EMI"唱片，幾乎無人不知（不明白的童鞋們可以去請教一下高曉松老師）......但是在醫(yī)療圈，幾乎缺鮮有人知這個EMI music的母集團(tuán)成員（當(dāng)年旗下的EMI medical）卻是醫(yī)用CT的創(chuàng)始發(fā)明機(jī)構(gòu)——這可是4x年前的“醫(yī)療&媒體”跨界組合?。。?/span>超前吧？

關(guān)于EMI集團(tuán)

電氣和音樂產(chǎn)業(yè)有限公司（Electric and Musical Industries Ltd）成立于1931年3月，由哥倫比亞留聲機(jī)公司和留聲機(jī)公司旗下的“His Master's Voice”唱片公司合并而成，最早的歷史可延伸追溯到記錄聲音的起源......當(dāng)年的垂直綜合性公司主要生產(chǎn)錄音及錄音播放設(shè)備。

1958EMI電氣工程師海因斯戈弗雷菲爾德的領(lǐng)導(dǎo)下， 英國的第一個商用的全晶體管計算機(jī)emidec 1100在EMI誕生。

在上世紀(jì)70年代早期，由衛(wèi)生和社會保障部英國的財政支持以及EMI的研究投資，霍斯菲爾德先生成功開發(fā)了CT掃描儀（計算機(jī)斷層掃描成像系統(tǒng)）。1973年EMI這個創(chuàng)造發(fā)明獲得了當(dāng)時著名的女王獎，1979年，霍斯菲爾德先生因此獲得了諾貝爾獎，但是最終CT制造業(yè)務(wù)被轉(zhuǎn)售給了某公司（就像現(xiàn)在科技創(chuàng)新公司被谷歌收購一樣?。?/span>

*視頻解說：

大家好， 歡迎來到現(xiàn)代醫(yī)學(xué),我是你們的主持人Scott Klioze。今天的節(jié)目是一項設(shè)備，它完全改變了醫(yī)學(xué)的歷史。計算機(jī)斷層掃描（CT）的正式名稱是計算機(jī)化X射線軸向分層造影或CAT scanning，它能讓我們一瞥人類身體的構(gòu)造，這在之前的標(biāo)準(zhǔn)射線技術(shù)下是不可能的。本期節(jié)目，我們將回顧一下計算機(jī)斷層掃描（CT）的歷史和技術(shù)，以及它對現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的影響。

為了了解CT掃描的重要性，了解標(biāo)準(zhǔn)射線照相技術(shù)的缺陷是非常重要的。射線照片主要由一個X射線源構(gòu)成， 這些射線發(fā)射到身體，然后會被患者另一面的一張膠片記錄下來。問題當(dāng)然是我們把一個3維的物體除去所有，然后把他們投射到一個2維的膠片上，所以胸腔內(nèi)這些三維的體積度量結(jié)構(gòu)將會被表現(xiàn)在一張平面的膠片上，這當(dāng)然也包括它們陰影的疊加等等。

另一個缺陷是膠片本質(zhì)上是記錄X射線衰減變化很差的媒介。我所指的X射線衰減是，射線照片吸收射線的方式。當(dāng)射線通過人體時，它們會被人體的不同組織所吸收。骨骼的密度是非常非常大的，它將吸收許多射線，所以在膠片上，骨骼顯示的是白色的。肺部充滿了氣體，阻擋很少一部分射線， 大部分射線將通過肺部到達(dá)膠片，所以肺部顯示在膠片上是非常非常黑的。骨骼和空氣之間的對比會在膠片上給我們一個圖像。如果所有的射線都通過人體的話，一切看起來都是非常黑的，我們就不能分清哪個結(jié)構(gòu)是哪個了。

標(biāo)準(zhǔn)射線照相術(shù)另一個缺陷是對比分辨力。膠片本質(zhì)上是記錄不同值放射線衰減（X射線衰減）很差的媒介。在一個標(biāo)準(zhǔn)膠片上，我們基本可以看到5種密度，從密度低的開始， 我們可以看到空氣，空氣顯示在膠片上是非常黑的；第二個是脂肪，脂肪有點深灰色；之后是水，軟組織，把它們列在了一起時因為水和軟組織在標(biāo)準(zhǔn)射線照片技術(shù)上有同樣的衰減，在CT掃描中很容易就把這兩個分開了，但是在標(biāo)準(zhǔn)射線照片上就沒有那么容易了；再之后，是骨骼；最后是金屬，它顯示出亮白色，因為它阻擋了通過身體的所有射線。

19世紀(jì)末，Roentgen（倫琴）教授發(fā)現(xiàn)了X射線，為該技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷和治療奠定堅實基礎(chǔ)。然而，公眾仍然呼吁用X射線圖像來描述身體的其他部位。例如這只腳的圖像在近世紀(jì)之交還需要一些時間。在一場世界范圍的官方比賽中，最后的驚喜是第一張人體活大腦放射攝影影像?，F(xiàn)在我們知道了，因為標(biāo)準(zhǔn)射線照相術(shù)的缺陷，攝影比賽中這張不太精確的大腦圖片在近1900年的技術(shù)下是可能的。大腦被裝在一個固定的頭骨中，頭骨會阻擋大部分X射線。除此之外，大腦漂浮在CSF（腦脊液）中，它為大腦提供營養(yǎng)并且為這個脆弱物質(zhì)本身緩沖壓力。因為水和大腦在一張平片圖像上的顯示是相似的，在一張標(biāo)準(zhǔn)頭骨X圖像上，頭骨構(gòu)造顯示的是均勻的灰色。19世紀(jì)末，這張圖片在一個著名的媒體上報道過，是第一張活體大腦X射線圖像，最終被證實是一場聰明的騙局。實際上，代表的是貓腸，填充了化合物和大腦伴隨矩陣的射線照片。

1900年代初期，偉大的科學(xué)家和發(fā)明家Thomas Edison（托馬斯·愛迪生） 宣布了他想成為第一個發(fā)現(xiàn)大腦射線照片的打算。因為愛迪生在當(dāng)時的知名度和聲譽(yù)，記者和好奇的公眾在他的實驗室外面等了9天，近兩周的時間，來等待這個好消息。但是， 最后甚至是偉大的門洛帕克的奇才也遇到了挑戰(zhàn)， 世人不得不等60到70年才看到第一個大腦的放射攝影影像。

對CT掃描發(fā)展負(fù)主要責(zé)任的是一位叫Godfrey Hounsfield的英國電氣工程師，你可以在我的右肩處看到他的照片。Hounsfield先生最初為英國空軍的雷達(dá)部門工作，在1950年代末加入了一個叫EMI實驗室的公司，他是負(fù)責(zé)英國第一臺商用電腦的總工程師。這種商用電腦成功研發(fā)后，他被給予了調(diào)查該計算機(jī)技術(shù)可能的新應(yīng)用的任務(wù)。對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域來說，幸運的是，他關(guān)注的領(lǐng)域之一是放射學(xué)和放射攝影影像。對熟悉甲殼蟲樂隊的人來說，EMI是他們以及他們唱片的第一個標(biāo)簽。1960年代末，甲殼蟲樂隊取得了一系列的成功。公司稱他們的成功資助了Hounsfield先生研究電腦技術(shù)和CT掃描。所以，你可以說甲殼蟲樂隊間接為計算機(jī)化X射線軸向分層造影和現(xiàn)代社會做出了一大貢獻(xiàn)。

正如我之前所說，標(biāo)準(zhǔn)射線影像是有缺陷的，你有一個三維的圖像，然后出去所有額外的物體，投射到一張二維的膠片上，然后它們就一個一個堆在一起。Hounsfield意識到了這些缺陷，他覺得通過計算機(jī)化的技術(shù)，在物體周圍拍攝多張射線照片來重構(gòu)圖像，他可能會影響這個特定的領(lǐng)域。 他的假設(shè)是基于一位德國數(shù)學(xué)家1917發(fā)現(xiàn)的變換原理。60年前，Johann Radon描述了該技術(shù)， 你可以照多張投影。無論是一維投影通過一個二維物體，還是二維投影通過一個三維物體，你照了多張投影后，你完全可以在太空中重建那個物體。我把這個等同于任何三維物體的多重視圖，例如這個計算機(jī)生成的汽車，從前面看，我們可以說這是一款紅色的跑車，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到側(cè)面時，我們可以看到更多的信息，并且注意到這是一輛雙門轎車，后面顯示出紅色和黃色的車燈，最后旋轉(zhuǎn)到另一個側(cè)面時， 我們看到了整個物體相對完整的圖片。所以， 我們在汽車周圍照的投影越多，我們能確定該輛車本身的信息就越多。CT掃描也同樣如此。你在身體周圍照的投影越多，你所得到的進(jìn)行投影物體的信息就越多。該過程的優(yōu)勢是，這些射線實際上通過身體，你不僅可以得到表面信息， 你還可以得到身體本身的構(gòu)成。

雖然CT 掃描的可實施性很小，但是Hounsfield在1960年代末構(gòu)建了這個原型。它主要由出線盒，前面有個針孔，盒子里面是放射物質(zhì)镅，這提供了低能級的持續(xù)X射線放射源。因為針孔，放射出來的X射線或放射線呈現(xiàn)出平行筆形射束輪廓。該筆形射束輪廓將會通過中心穿透物體，衰減的信息將會被該物體另一側(cè)的一個探測器記錄。這些物體將會通過針孔探測器，一旦他們?nèi)看┻^后，將會旋轉(zhuǎn)1°，然后繼續(xù)通過，該過程會一直持續(xù)， 直到你得到周圍180°的信息，完全反映出該物體。

該原型連續(xù)操作了9天，來獲得靜態(tài)單一影像，因為放射源能級比較低，也因為獲得技術(shù)還沒有完全掌握。連續(xù)9天，你屏住呼吸幾秒鐘都很困難，你可以想象連續(xù)屏住呼吸九天嗎？這完全是不可能的。那時，超級計算機(jī)需要花費2.5個小時來處理那些信息，重構(gòu)該單一圖像，這就是那個圖像。那時，計算機(jī)用FORTRAN算法語言編制，不得不解決28，000個同時發(fā)生的等式來復(fù)制那個單一的圖像。雖然在臨床上不可行， 但是它的確顯示了CT技術(shù)在技術(shù)上是可行的。

考慮到這一點，Hounsfield繼續(xù)生產(chǎn)它的第二個原型，這是它的圖片。在這個圖形中，我們可以看到放射源從放射物質(zhì)變?yōu)榱薠射線源。這種可獲得放射束的增多實際上產(chǎn)生了一個圖像。Hounsfield同樣將整個底座放在了一張車床床身掃描儀上，這是他在一間辦公室找到的。他讓要掃描的物體立在車床床身掃描儀上，功能和第一代機(jī)器是一樣的。掃描儀前面有一個針孔瞄準(zhǔn)，它通過物體，然后被物體遠(yuǎn)一側(cè)的探測器捕捉到。物體將會通過那個針孔，X射線源旋轉(zhuǎn)1°C，再次通過X射線源，然后一直做到180°，這樣你就會得到一個圖像的完全掃描。這叫做旋轉(zhuǎn)平移。這是第二個原型所產(chǎn)生的圖像，因為X射線源，圖像的獲取比第一個原型更快，并且提供了更詳細(xì)的信息。

Godfrey Hounsfield ：“在實驗室中發(fā)生的情況總是更好，通過使用丟棄的設(shè)備，同樣也能在周圍找到，我能夠構(gòu)建這個實驗室測試機(jī)器，它能夠表明該系統(tǒng)的原理。”

CT掃描的第二個原型，“這于構(gòu)建在一臺老機(jī)器上的殘骸開始， X射線數(shù)據(jù)被輸入電腦，通過顯示密度來處理動物組織是第一個固定模型所做的事情，Hounsfield探索了我們可以發(fā)現(xiàn)它們的方式?！拔也坏貌怀鋈バ枵遗５牟煌鞴倮绱竽X， 但是不幸的是， 它們被宰殺的方法破壞了。因此我們在倫敦和猶太區(qū)尋找，這些動物都是流血而死，把它們?nèi)窟\回來，放在機(jī)器上需要大量的工作。但是腦室表現(xiàn)的非常好，是構(gòu)建一臺臨床機(jī)器的時候了。”

幾乎與構(gòu)建第二臺原型機(jī)器同時，致力于CT掃描的設(shè)計團(tuán)隊想出了另一種重新構(gòu)建這些圖像的方法。正如我之前所說，最初的構(gòu)建等同于同時解決28，000個等式，因為用FORTRAN算法語言編制的計算機(jī)花費很長的時間。他們研發(fā)了一個叫做濾波反投影的系統(tǒng)。你主要需要做的是物體每通過一次，你就會得到所創(chuàng)建的圖像，然后你就會得到一系列的灰度圖像。如果你把那些灰度圖像傳遞回成像機(jī)器，通過電腦，你就可以很自然的重構(gòu)那個圖像。通過的圖像越多，你得到最初掃面物體的圖像也就越清晰，直到你旋轉(zhuǎn)180°?；蛟S你會問， 為什么要旋轉(zhuǎn)180°呢？請記得我們是在使用X射線。如果你從這個角度開始，通過物體，然后在這里記錄信息?；旧?，和你從這個角度開始，以這種方式通過物體，X射線通過人體所得到的信息是一樣的。所以你只需要180°來得到身體內(nèi)部構(gòu)成的完整信息。這里是非自動圖像濾波反投影的一個例子，使用無生命的物體。你可以看到， 當(dāng)你在該藝術(shù)品周圍180°通過越來越多的信息時，你得到的圖像信息也越來越清晰，到180°時圖像最清晰。

現(xiàn)在，濾波反投影技術(shù)仍然在現(xiàn)代掃描儀中使用。第一個和第二個原型顯示了CT掃描在技術(shù)上的可行性，Hounsfield繼續(xù)研發(fā)他的第一臺臨床掃描儀。你一定還記得第一臺掃描儀如此之慢，它幾乎不能反映胸腔，腹部等等的任何構(gòu)成。它們主要是為大腦設(shè)計的。

這是第一臺臨床掃描儀，整個系統(tǒng)相對較小，因為中心的空間只需要放得下人體的頭部就足夠了。請注意患者底部的吊索，他們幫助患者的頭部牢固的固定在掃描儀中心。如果你在整個測驗中仍然不能控制自己，保持固定不動，該設(shè)備可以在機(jī)器的框架中放置牙墊。底部吊索和牙墊的組合完全確保了患者的合作，甚至在最困難的情況下。

如果你看我左側(cè)肩膀處的圖片，我們有一個固定的頭骨，玻璃包裹住了整個大腦。如果我們的頭骨是玻璃做的就好了，這樣我們一眼就可以看透它，實際上看到大腦本身。但實際情況卻不是這樣，頭骨是非常緊密的，并且不透射線，從表面上你看不到頭骨內(nèi)部的構(gòu)造，所以我們用間接技術(shù)來實際查看大腦。

技術(shù)之一是標(biāo)準(zhǔn)血管造影術(shù)。血管造影術(shù)本質(zhì)上是這樣一種技術(shù)，我們在腹股溝放一根導(dǎo)管，隨著導(dǎo)管向上流入大腦，你注入造影劑，是實際上可以查看大腦自己的血管。你可以尋找軸，有時候你還可以發(fā)現(xiàn)惡性血管瘤，它有很多血液供應(yīng)，并且可以間接假定大腦內(nèi)部正在發(fā)生什么。

另一項技術(shù)叫做充氣造影術(shù)，這種技術(shù)通過背部放置一根針，空氣被引進(jìn)這根針，患者被垂直放著，空氣將會往上冒到脊柱，然后進(jìn)入大腦腦室的中央部位，這些腦室將充滿空氣，現(xiàn)在你就有了造影劑，你可以看到大腦內(nèi)部現(xiàn)在充滿了空氣，與水和軟組織的背景形成了對比。這個的問題是大腦不喜歡被空氣包圍，所以病人被固定在一把軟椅上，在不同的方向進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，把腦室中的空氣放出來，放射攝影影像被照了下來，因為該過程上下左右顛倒患者的位置如此痛苦，如此嘈雜，所以患者通常吐的到處都是。因此僅就替代充氣造影術(shù)這一點來說，CT掃描儀也是醫(yī)療護(hù)理的一大飛躍。但是現(xiàn)在我們可以做全身的影像，從頭直到腳趾。

第一代掃描儀嚴(yán)格來說是大腦成像單元，如我之前所說，他們太慢了以至于不能成像任何運動的物體，像胸腔和腹部。第一代掃描儀花費大概20分鐘來產(chǎn)生一個單一的圖像，它使用同樣的旋轉(zhuǎn)平移機(jī)制，這我們在第一臺原型圖像中已經(jīng)見到了。掃描儀有一個筆形射束輪廓，該射束輪廓將通過大腦，然后旋轉(zhuǎn)1°，然后再次通過大腦，旋轉(zhuǎn)1°，你將持續(xù)這樣做，直到你得到了180°旋轉(zhuǎn)。從掃描儀獲得的信息然后被傳送到對面的一臺計算機(jī)上。那時的計算機(jī)更像我們現(xiàn)在的機(jī)器，現(xiàn)在每個人手機(jī)上都有一臺這種機(jī)器。這些在當(dāng)時是很昂貴的裝置，這些機(jī)器將會設(shè)置在遠(yuǎn)處，信息通過電話線傳過去，通過圖像重建它們。因為是一臺遠(yuǎn)處的機(jī)器，并且用FORTRAN算法語言編制，處理一張圖像需要20分鐘，并不是大腦的全部圖像，而是大腦的一小部分。計算機(jī)被移到一側(cè)后，并且用計算機(jī)語言編程，重新獲得和再現(xiàn)圖像的時間被縮短到了近5分鐘。這是第一代掃描儀圖像中的一張，雖然從現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)來看有點簡單粗糙，但是圖像清楚顯示了人體活體大腦的信息，足夠進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷。

CT掃描儀第一次被引入美國是在1972年5月紐約布朗克斯（Bronx, New York） Manishefter博士的神經(jīng)系放射學(xué)回顧課程中。

FORREST CLORE博士: “這是給出的好的綜合課程之一，作為神經(jīng)系放射學(xué)的回顧，是紐約布朗克斯阿爾伯特愛因斯坦醫(yī)學(xué)院醫(yī)療中心的一門課程，參加的人很多，實際上有400多位出席者，還有大概50多位會員，我們決定有自由活動，周日晚上的自由活動， 在曼哈頓到處看看，然后喝幾杯等。我那時20多歲，不像現(xiàn)在這么有自制力。我們在紐約玩得很高興。第二天早晨的演講開始的有點晚了， 所以早晨的安排減少了一場演講。上午大概11點鐘左右的時候，他們宣布有一位事先未安排的倫敦客人，這位客人想做報告。所以，他們出去休息吃午飯的時候，絕大多數(shù)人離開了，他們想出去吃午飯，因為他們到那不是為了聽某人的研究項目，而是準(zhǔn)備董事會的事情。所以在400多位出席者中，390多位推開門，走開了。因為前一天晚上我玩有點過了，那時這次會議還沒有開始。那天晚上我玩得很愉快，所以我有點松垮感，我不想吃午飯，所以我想我最好坐在這里的舒適椅子上不動，然后聽聽講的是什么。他呈現(xiàn)了這些。他很有趣，到他展示了一些生成的圖像，就不僅是有趣了，而是令人興奮。”

第二代掃描儀和第一代掃描儀在操作方面很相似，你仍然有一個平移旋轉(zhuǎn)。整個掃描儀來回移動，然后旋轉(zhuǎn)1°。X射線源的結(jié)構(gòu)從筆形射束改為扇形射束結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了患者的掃描范圍。之前另一側(cè)只有一個探測器，現(xiàn)在安裝了多個探測器，不是整個陣列，但是另一側(cè)可能是2,3或4個。因為扇形結(jié)構(gòu)探測器數(shù)目的增多，你可以將掃描時間縮短到幾分鐘。

下一代的掃描儀被稱為第三代掃描儀，這在CT技術(shù)中是很重要的?；旧?，你仍然有X射線源的扇形結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在的另一側(cè)探測器不是1個、2個、3個或4個，而是一個陣列，運動的轉(zhuǎn)換部分完全沒有受到限制，這完全是一個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。將要發(fā)生的是：開始時，頭部處在一個位置，你實際上可以旋轉(zhuǎn)180°，然后桶架就會停止。停止旋轉(zhuǎn)，身體向前挪一點，然后是反方向的180°。你一個方向旋轉(zhuǎn)180°，停止，然后反方向旋轉(zhuǎn)的原因是所有設(shè)備連著一大堆電線和電源。如果你一直朝一個方向旋轉(zhuǎn)，你會把電線從掃描儀上扯斷，你最多可以使用一次。

再下一代的掃描儀叫做螺旋掃描儀，和第三代掃描儀的結(jié)構(gòu)是一樣的：X射線的扇形結(jié)構(gòu)光束，另一側(cè)有多個探測器。但是不用在旋轉(zhuǎn)180°了，所有的電源都可以使用，電子設(shè)備和一個軌道相連，可以朝一個方向連續(xù)轉(zhuǎn)動。現(xiàn)在掃描儀桶架在患者身體通過X射線源時可以朝一個方向運動，所以不需要停下來移動患者通過掃描儀了這個步驟了?；旧?，圖像的獲得就好像一個旋轉(zhuǎn)片，你知道那些薄片繞了一圈又一圈，并且這是一個連續(xù)的過程，自始至終都在那個骨骼上做完。 或者說這是現(xiàn)代CT掃描儀工作的原理：掃描儀一圈又一圈轉(zhuǎn)動時，你不斷地將患者放入掃描儀。開始時只有一個探測器，現(xiàn)在探測器的數(shù)量擴(kuò)大到了4個，16個，64個，到128個，有的系統(tǒng)甚至模仿512個同步探測器，所以在一次旋轉(zhuǎn)中，就可以獲得一批圖像。最突出的在于我們可以做整個身體的圖像，從頭一直到腳趾，時間基本上只需要不到1分鐘，35秒到40秒即可。它也可以給我們運動結(jié)構(gòu)的靜態(tài)圖片，例如心臟。

現(xiàn)在屏幕上的視頻顯示了一個除去蓋子的現(xiàn)代掃描儀。即使螺旋運轉(zhuǎn)的機(jī)器也以循環(huán)模式連續(xù)工作，仍然需要180°旋轉(zhuǎn)，或半轉(zhuǎn)，來獲得一組圖像。在這種特殊的情況下，每旋轉(zhuǎn)半圈，就可以獲得64 層圖像。

現(xiàn)代CT掃描儀提供的人體細(xì)節(jié)在20或30年前是難以想像的，同樣的信息可以用于恰當(dāng)?shù)牟』挤至?，以此來充分利用醫(yī)療護(hù)理，并排除了不必要的但通常屬于基本步驟中的檢查，例如探查術(shù)。雖然CT掃描儀對人們的實際影響很有限，但Hounsfield仍由于他的發(fā)明獲得了一系列世界大獎，包括1979年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。Sir Godfrey于1981年被英國女王授予爵士爵位。

這就是CT掃描儀的歷史，一位英國工程師的創(chuàng)新，加上一些可能來自甲殼蟲樂隊朋友的資助，使一切成為可能。很好的發(fā)明！祝大家永遠(yuǎn)保持健康，快樂！

Hounsfield：“我覺得我非常幸運有這個想法，我在鄉(xiāng)村想了很多很多，它們就像掉在地上的拼圖，人們不得不仔細(xì)考慮許多字母，進(jìn)行人工操作。非常感謝你——計算機(jī)斷層掃描，在征服疾病方面我能幫上一點小忙，這令我非常滿足?！?/span>