孔祥云，李尹岑

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作北京中心光電部，北京 100190）

1 前言

自20世紀(jì)70年代第一代CT設(shè)備問(wèn)世以來(lái)，計(jì)算機(jī)斷層成像（Computed Tomography）技術(shù)一直持續(xù)迅猛發(fā)展，醫(yī)用CT設(shè)備是目前臨床上使用最多的檢測(cè)設(shè)備之一，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多個(gè)方面都具有廣泛應(yīng)用。隨著CT技術(shù)的發(fā)展，為了保護(hù)其自身的經(jīng)濟(jì)權(quán)益，世界各國(guó)的公司都在專利CT領(lǐng)域中進(jìn)行不斷地競(jìng)爭(zhēng)，積極建立自己的專利保護(hù)網(wǎng)，使得CT領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量與日俱增。為了更好的對(duì)CT領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行審查，最基本的要求就是必須充分掌握該領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，為此，本文對(duì)CT技術(shù)的原理、發(fā)展過(guò)程以及其在醫(yī)學(xué)上的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行了介紹。

2 CT技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1 CT技術(shù)原理

計(jì)算機(jī)斷層成像（Computed Tomography），簡(jiǎn)稱CT，是利用被測(cè)物體對(duì)某種物理量（一般是X射線光強(qiáng)）的吸收與透過(guò)率的不同，應(yīng)用靈敏度極高的儀器對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量，獲取投影數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)重建該被測(cè)物體特定層面上的二維圖像以及根據(jù)一系列的該二維圖像重建三維投影的技術(shù)［1］，其依據(jù)的原理是1917年數(shù)學(xué)家Radon證明的理論——當(dāng)已知所有入射角一的投影函數(shù)一二三時(shí)，可以恢復(fù)唯一的圖像函數(shù)一二 三。CT的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，對(duì)病人來(lái)說(shuō)無(wú)痛苦，其密度、分辨率高，可以觀察到人體內(nèi)非常小的病變，直接顯示X線平片無(wú)法顯示的器官和病變，它在發(fā)現(xiàn)病變、確定病變的相對(duì)空間位置、大小、數(shù)目方面非常敏感而可靠。

2.2 CT技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介

1972年英國(guó)工程師Godfrey Hounsfield和美國(guó)物理學(xué)家Allan M.Comack將計(jì)算機(jī)技術(shù)和X線技術(shù)結(jié)合發(fā)明了計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)，被譽(yù)為“CT之父”。兩年以后推出了第一臺(tái)商業(yè)化計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)-CT設(shè)備。它向醫(yī)生展示了顱腦的橫斷面圖像，提供了對(duì)診斷腫瘤、出血和梗塞很有價(jià)值的信息，這就是早期的“頭顱CT”［2］。 其后，CT技術(shù)的發(fā)展主線主要是掃描部位的變化、掃描方式的改進(jìn)和掃描速度的提高、以及探測(cè)器排數(shù)的變化。具體而言，CT設(shè)備的發(fā)展大體上可以分為以下幾代。

第一代CT設(shè)備掃描和收集信息的方式主要是進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移。具體原理是：探測(cè)器和相對(duì)應(yīng)的X線管兩者同時(shí)進(jìn)行水平移動(dòng)；接著繞著患者旋轉(zhuǎn)一度，進(jìn)行掃描；直至旋轉(zhuǎn)180°收集到全部的數(shù)據(jù)。

第二代CT設(shè)備將原來(lái)的X線束變成了扇形，同時(shí)增加到30個(gè)探測(cè)器。這樣做進(jìn)一步增加了掃描范圍，進(jìn)而能夠采集更多的數(shù)據(jù)。第二代CT設(shè)備比第一代CT設(shè)備先進(jìn)，主要體現(xiàn)在每一次能夠旋轉(zhuǎn)的角度是23°。這樣縮短了掃描的時(shí)間，但是仍然沒(méi)有完全消除在掃描的過(guò)程中，掃描患者的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影。

第三代CT設(shè)備的特點(diǎn)是增加了探測(cè)器的數(shù)量，增加到了300到800個(gè)；同時(shí)這些探測(cè)器和相對(duì)應(yīng)的X線管只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣設(shè)計(jì)的好處是能夠收集到更多的數(shù)據(jù)，大大減少了偽影的產(chǎn)生，使圖像的質(zhì)量得到明顯提升。

第四代CT設(shè)備在第三代CT設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增加了探測(cè)器的數(shù)量，多達(dá)1000至2400個(gè)。第四代CT設(shè)備只有X線管繞著患者旋轉(zhuǎn)。

第五代CT特點(diǎn)是掃描時(shí)間縮短到50ms，因而解決了心臟掃描的問(wèn)題。其中主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)電子槍，所產(chǎn)生的電子束射向一個(gè)環(huán)形鎢靶，環(huán)形排列的探測(cè)器收集信息［3］。

2.3 CT設(shè)備簡(jiǎn)介

CT設(shè)備主要由三大部分組成，即掃描部分、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及圖像顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)。其中掃描部分由X射線源、探測(cè)器和掃描架構(gòu)成，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于儲(chǔ)存和計(jì)算掃描部分得到的掃描信息數(shù)據(jù)，而圖像顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)則是將計(jì)算機(jī)處理得到的重建圖像在顯示屏上顯示。

3 CT技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

3.1 CT心臟成像

CT技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測(cè)中應(yīng)用廣泛，但軸向掃描CT無(wú)法完成對(duì)運(yùn)動(dòng)器官的掃描成像，而多層螺旋CT則完善了這一不足。多層CT通過(guò)所謂扇形、斑狀掃描，通過(guò)多列探測(cè)器共同采集同一層面的數(shù)據(jù)，完成重建，使得圖像的時(shí)間分辨率縮短，可到百余毫秒甚至幾十毫秒。最新的64層螺旋CT，每幅圖像分辨率時(shí)間只需0.25-0.4s，完成全心臟掃描只需5s即可，同時(shí)能夠看清軟、硬斑塊及支架，而且其對(duì)于心臟冠狀動(dòng)脈成像的準(zhǔn)確率接近100%。

3.2 CT血管成像

多層螺旋CT在醫(yī)學(xué)中的血管檢測(cè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。它可完成大范圍的血管掃描，能完成從顱內(nèi)到頸部、從心臟主動(dòng)脈弓到下肢的大范圍的血管圖像重建，可用于了解掃描部分血管是否存在血管畸形、狹窄和側(cè)支循環(huán)的現(xiàn)象，甚至可以用于判斷腫瘤或者炎變等是否存在對(duì)血管的侵蝕和推移的不良情況。另外，由于多層螺旋CT的掃描速度快和時(shí)間分辨率高，其應(yīng)用在血管成像中，使得操作簡(jiǎn)單、安全、快速而且無(wú)創(chuàng)傷，成為目前無(wú)創(chuàng)傷性血管成像的又一主要技術(shù)，而且它還可以部分或基本取代傳統(tǒng)的血管造影技術(shù)。

CT血管造影三維重建中采用的血管造影智能跟蹤技術(shù)，是通過(guò)向血管中注入造影劑，造影劑隨著血液循環(huán)到達(dá)器官（如腦、腎臟和肝臟），當(dāng)?shù)竭_(dá)檢測(cè)器官區(qū)域的造影劑與設(shè)定的閾值相等時(shí)，啟動(dòng)掃描機(jī)制，從而得到最佳動(dòng)脈期圖像、最佳靜脈期圖像和平衡時(shí)的圖像。通過(guò)這種技術(shù)手段可完成對(duì)動(dòng)脈瘤、動(dòng)靜脈畸形、腦血管狹窄等多種腦血管患者的血管造影檢查，再通過(guò)計(jì)算機(jī)適當(dāng)處理，得到清晰準(zhǔn)確的三維腦血管重建圖像，用于病變情況分析診斷。CT血管造影三維重建技術(shù)能夠全方位顯示血管圖像，同時(shí)具有微創(chuàng)、準(zhǔn)確、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，可用于手術(shù)計(jì)劃定制、術(shù)前定位和隨訪，在腦血管手術(shù)中發(fā)揮著重要的作用［4］。

3.3 CT中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷

CT技術(shù)在診斷中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病方面，也具有較高的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)顱內(nèi)腫瘤、膿腫和肉芽腫、寄生蟲(chóng)病、外傷性血腫與腦損傷、腦梗塞與腦出血以及椎管內(nèi)腫瘤與椎間盤(pán)脫出等一系列病診斷效果好，且結(jié)果可靠。因此，除顱內(nèi)動(dòng)脈瘤、腦血管造影、血管發(fā)育異常和腦血管閉塞等疾病，以及了解腦瘤的供血?jiǎng)用}情況時(shí)還用腦的X線造影診斷以外，其他如氣腦、腦室造影等均已很少使用。而螺旋CT掃描，既可以做到三維實(shí)時(shí)顯示，而且可以獲得比較精細(xì)和清晰的血管重建圖像（即CTA），是很有希望取代常規(guī)的腦血管造影的一項(xiàng)技術(shù)。

3.4 CT胸部疾病診斷

CT技術(shù)在診斷胸部疾病方面也有著非常重要的應(yīng)用?，F(xiàn)代的CT設(shè)備分辨率越來(lái)越高，因此在胸部疾病診斷方面越來(lái)越顯示出其優(yōu)越性。通常采用造影增強(qiáng)掃描以明確縱隔和肺門(mén)有無(wú)腫塊或淋巴結(jié)增大、支氣管有無(wú)狹窄或阻塞，對(duì)原發(fā)和轉(zhuǎn)移性縱隔腫瘤、淋巴結(jié)結(jié)核、中心型肺癌等的診斷，都有很大的幫助。同時(shí)CT技術(shù)也能夠很好地顯示肺內(nèi)間質(zhì)和實(shí)質(zhì)性的病變。CT技術(shù)還能夠清晰地顯示膈、胸膜、胸壁的病變。

4 結(jié)束語(yǔ)

迄今，CT技術(shù)仍然在不斷地迅猛發(fā)展著，具有日新月異的變化。作為該領(lǐng)域的相關(guān)審查人員，應(yīng)當(dāng)時(shí)刻關(guān)注和學(xué)習(xí)CT領(lǐng)域的新技術(shù)和新發(fā)展，充分掌握該領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，以便做好該領(lǐng)域的專利審查工作。

［1］李國(guó)榮，李永耀.工程CT技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，26（3）：90-99.

［2］顧孝同.國(guó)內(nèi)工程CT技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2006，4（3）：278-282.

［3］高麗娜，陳文革.CT技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展及前景［J］.CT理論與應(yīng)用研究，2009，18（3）：99-109.

［4］張蓓.CT血管成像的基本原理及臨床應(yīng)用［J］.國(guó)外醫(yī)學(xué)臨床放射學(xué)分冊(cè)，1995（5）：270-273.