对图像重建理论的主要的贡献者之一是英国的物理学家A.M.Cormack。自五十年代以来，他发表了一系列的论文，不仅证明了医学领域中从x射线投影数据重建图像的可能性，而且提出了相应的实现办法并完成了仿真实验研究。

在1972年，美国EMI公司中央研究所工程师Housefield成功地研制了诊断头颅用的第一台电子计算机X射线断层摄影装置，从这之后，人们才真正实现了人体断层成像。

X-CT断层摄影装置的研究成功可以说是在X射线被发现后的七八十年中放射医学领域中最重要的突破性进展，它是二十世纪科学技术的重大成就之一。

由于Hounsfield和Cormack在放射医学中的划时代贡献，1979年的诺贝尔生理与医学奖破例地授给了这两位没有专门医学资历的科学家。

与传统的投影X射线摄影相比，X-CT成像具有以下突出的优点[1]：

1.它能鉴别出较小的组织间的差别，从而提高对软组织的诊断能力。据报道，放射学家能从CT图像上识别出与周围组织的衰减程度仅差0.5％的病灶。

2.它可以做出人体任意部位的断面图像，并利用计算机图像处理技术构造出人体结构的三维图像。

3.它能精确的测定出组织对X射线的衰减程度，从而对组织性质做出判断。

X-CT自问世以来，在不长的二十多年中得到了飞速的发展，CT机经过了几代更新，各项性能指标有了明显的提高。

各代CT机中最主要差别在于扫描方式的改进。下面简单介绍各代CT机扫描仪的基本工作原理和性能[1]-[3]。

第一代是单束扫描方式(又称笔束扫描方式)。它采用了单个X射线管，单个探测器(如图1.2(A))，X射线管和探测器同步地做水平运动，统一于人体做相对的旋转运动。

这种数据采集方式有若干个引人注目特点，由散射所引起的噪声非常小，检测器能够在每一次并行扫描的开始进行校准，因而我们可以保证每次扫描的第一条射线不通过重建区域，光源和检测器的组合能够用小步长移动，从而能够保证采集足够多的投影数据。

这个数据采集方法的一个不足是它占用的时间比较长，典型的扫描一周需要几分钟左右，因此它不适用于那些不能在几秒钟内静止不动得器官(如肺)的成像，它曾在脑部的检查中发挥了很好作用。

第二代是窄角扇束扫描方式，其张角为10度一20度，与20—30个检测器相配合(如图1.2(B))。与第一代扫描方式相似，第二代也采用平移加旋转的扫描方式。

这种扫描方式提高了数据采集的速度，而不丢掉第一种扫描方式所具有的许多优点。

除了增加成本外，与第一种扫描方式相比，这种扫描方式唯一明显的缺点是增加了散射的影响，这种扫描方式的扫描时间为20秒左右，目前已较少使用。

第三代是广角扇束扫描方式，其张角为35度左右，单个X射线源面对着一排足够多的检测器(一般为256—1024)，射线源和检测器做同步旋转扫描(如图1.2(C))，每次扫描得到一组数据，扫描一周时间为3秒左右。

这种扫描方式的一个潜在问题是，在病人被放在整个扫描系统以前必须作校准工作，因为在仪器的所有位置上光源和检测器之间的射线都通过病人，非常稳定的检测器似乎可以克服这个困难。

此外，检测器还需要做得很窄，使得对重建任务能够采集足够数量的投影数据。

第四代是在第三代的基础上，增加检测器的个数，且将检测器布满整个360度圆周上，并固定不动，X射线管做旋转扫描(如图1.2(D))，扫描时间为2秒左右，是目前国外高档CT中常使用的一种扫描方式。

表1.1给出了各代CT的一些性能指标，以便进行比较。

上述CT机的四种扫描方式没有一个能适合于象心脏这样的快速运动器官的精确成像，不仅是投影数据采集的速度太慢(心脏约一秒钟经历一个完整的运动周期)，而且，如果对于每个断层切片的投影数据是在不同的时间采集的，那末要获得一片挨一片的连续图像是困难的。

近年来为进一步提高扫描速度，一些快速扫描装置相继诞生。螺旋式超高速CT可以对慢运动组织做高分辨率的检查，并可以提供人体组织的三维图像，目前的X-CT的成像厚度可以小到 lmm，断面中的图像分辨率也已经做小于lmm。

X-CT的核心技术是从投影重建图像的理论，实际上在X-CT的发展过程中大量的研究工作是在努力开发高速有效的图像重建算法。自二十世纪六十年代以来，人们提出了很多种重建图像的方法，其中常见的有反投影重建算法，Fourier重建算法，代数重建算法，以及近年来刚兴起的小波算法。

X-CT技术从理论上讲是一个从投影重建图像的理论，有其普遍性，在数学界已经引起了广泛的重视。断层扫描作为一种技术，既有坚实的数学理论为依据，又有现代计算机技术相支持，必将在其它领域得到广泛的应用。

事实上，在工业上，在地球物理的研究上，甚至在农业，林业和环境保护方面已取得了瞩目的成果并展示了美好的前景。

可以肯定，随着X-CT理论研究与计算机技术的发展，CT必将在造福人类健康与国民经济建设中做出越来越大的贡献。返回搜狐，查看更多