四、不约而同的发明

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，这就是后来的CT。CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X线断层扫描技术的简称。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。

这一医用诊断仪器的发明要归功于两位科学家，一位是美国物理学家科马克（Allan MacLeod Cormack，1924—1998），一位是英国电子工程师亨斯菲尔德（Godfrey Newbold Hounsfield，1919—2004）。

科马克1924年生于南非联邦约翰内斯堡。进入中学后，最喜欢的科目是天文学，了解到天文学家不易就业后，就到开普敦大学学习电力工程。然而，工程没有引起他的兴趣，两年后改学物理。科马克在开普敦大学获学士学位（1944年）和硕士学位（1945年）后，去剑桥的圣约翰学院做研究生，在卡文迪什实验室作研究工作。1950年科马克回开普敦大学任物理学讲师并结了婚。1956年科马克成为格鲁脱·肖尔（Groote Schuur）医院的兼职医学物理学家，在这段时间，他对后来使他获得诺贝尔奖的工作发生了兴趣。

1955年科马克在开普敦大学任教时，受格鲁脱·肖尔医院聘请，监督并参加使用同位素的工作。他后来回忆说“：我在工作过程中监视放射治疗的方法。一位姑娘要把等剂量图迭加起来，并作出剂量等高线，然后让医生检查，并调整这些图线。这一工作要反复进行，直到找出一个满意的剂量分布为止。等剂量图只适用于均匀物质，而人体是不均匀的，这种不均匀性会使结果产生失真……我想，为了改进治疗方法，必须知道人体组织的衰减系数的分布，而且必须在体外测出这种分布。”科马克对于不能精确地确定肿瘤的位置，因而射线照射的剂量也不准确感到非常不快。这使他想到怎样用X射线透射信息精确确定人体内部结构的数学问题。^［10］他查找了有关文献，没有发现有人做过这方面的研究，就从头开始考虑这一问题。他在研究中得出了一些有关的计算公式并做了实验验证。但科马克将结果发表后，实际上并没有引起什么反响，可能与当时的计算机普及程度低和计算机运算速度低有关，但毕竟为后来的CT技术的发展和应用开辟了道路。

亨斯菲尔德于1919年出生于英国的诺丁汉郡，中学毕业后，对飞机着迷的亨斯菲尔德正赶上二战爆发，于是他成了英国皇家空军一名预备人员，随之学习了无线电机械课程，并成为雷达技术指导老师。工作之余，他学习无线通信技术课程，建了一台大屏幕的示波器，将它用在雷达技术的教学之中。他的工作受到了一名空军将领的注意，二战结束后，这名将军帮助他获得了一笔资金，他得以在伦敦的farady电气工程学院进一步深造并获得毕业证书。1951年，他进入EMI公司后，初期主要从事雷达和制导武器工作，后来负责一个小型设计实验室，并开始对计算机产生兴趣。亨斯菲尔德参加了早期计算机系统中使用的磁鼓和磁带卡座的设计工作。1967年，亨斯菲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。(www.daowen.com)

1971年9月，亨斯菲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，亨斯菲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。

因发明计算机断层X射线成像（CT），亨斯菲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成像的核心是以数学模型为表征的图像重建方法，作为图像重建的数学方法是具有普遍意义的。X-CT技术在其走向成熟的过程中，已发展出多种图像重建的数学方法，常用的如联立方程组法、反投影法、傅里叶变换法、卷积法、迭代法等，这些方法原则上适用于各类CT。从投影重建图像需经过大量运算，必须借助于计算机才能实现，计算机是CT系统的中枢。X-CT开发应用后，计算机图像处理技术得到了普遍应用。由于有了坚实的数学理论与方法的依托，又有现代微电子和计算机等高技术条件，所以，X-CT诞生后，使各种不同物理原理的医学成像技术都可能建立在计算机重建图像的基础上，使各种成像技术之间建立起统一的联系，促成了包括XiCT、NMR-CT、R-CT、U-Cr等的医学影像技术群体的形成。NMR-CT也称核磁共振成像，它是利用磁场和射频场获取人体组织的图像，是20世纪80年代初发展起来的一门崭新的成像技术。