那幅大脑黑白马赛克图如何永远改变了医学

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原创赵喜同学XI区收录于合集#展望未来31个#科普50个

半个多世纪前，医院里，人类历史上第一张人脑CT图像揭开了遮盖人体内部的隐形面纱，为科学家提供了一扇前所未有的观察我们内脏的窗口。这幅充满颗粒的大脑黑白图像永远改变了医学和其他科学。（参加：）

如今，仅美国每年就要进行多万次扫描。X射线计算机断层扫描（CT），通常是最快解释病因的方式。CT扫描可以发现心脏病、肿瘤、血栓、骨折、内出血等。这项技术可以让外科医生了解他们在患者体内会遇到什么，并指导癌症和其他疾病的治疗。

CT扫描仪（PolankiChildrensHospitalinGdansk）

CT扫描包括从多个角度进行的数千次X射线测量。它的工作原理如下：X射线源绕着身体旋转，通过骨骼、血液和组织发送一束辐射，而旋转探测器测量使其通过的光束。

人体内不同的物质吸收X射线的方式不同。例如，骨骼中的钙会强烈吸收X射线，而软组织吸收较少。因此，当探测器收集的数据被计算机拼接在一起时，它可以根据X射线或多或少被吸收的位置，形成内部的横截面图。移动固定患者的检查床，使X射线束和探测器沿着身体移动，可以对器官和其他部位进行三维重建。

多年来，科学家们不断改进这项技术，使其更快、分辨率更高，并减少了患者接受的辐射剂量。这些改进的CT扫描描绘出了更加详细的人体景观。人们很难不惊叹于扫描显示出的内心世界之美。

01

CT诞生

年，伦敦阿特金森-医院的放射科医生詹姆斯·安布罗斯（JamesAmbrose）与该技术的发明者、工程师戈弗雷·豪斯菲尔德（GodfreyHounsfield）合作，对一名患者进行了第一次CT扫描。豪斯菲尔德曾为EMI工作，该公司以披头士乐队的唱片公司而闻名（参见：）。

第一张患者大脑CT图像（）

虽然这次扫描的图像只有80x80个像素，没有提供太多细节。但它展示了这项技术的潜力，揭示了女性患者大脑中的肿瘤。据说，后来为这位肿瘤患者做手术的外科医生感叹，“它看起来和照片一模一样！”

以前，如果医生想寻找脑瘤，他们会向脊柱内注入空气。然后他们旋转患者，让空气进入大脑周围区域，以增加标准X射线图像的对比度。这个过程非常痛苦，病人经常呕吐。通过CT扫描，这种痛苦很快就成为了过去式。

02

任意断层

起初，CT扫描仪被设计成只对大脑成像。但研究人员很快将这项技术应用于在身体各个部位拍摄横断面图像。然后，在20世纪90年代初，德国科学家WillieA.Kalender发明了新的扫描仪，X射线源在人体周围以连续的螺旋（Spiral）扫描，而不是单独拍摄横截面。这一进步使整个器官，如肺，可以一次性成像。（更多内容参见：）

左侧为黑白色二维肺部重建，右侧是三维渲染

带有多排探测器的CT扫描仪可以同时对身体的多个横断面成像，从而提高图像分辨率。这些肺气肿的肺部图像是用层CT扫描仪采集的，显示为二维图像（左）和彩色三维重建（右）。

但沿着身体长轴方向的图像分辨率仍然很低。带有多排探测器的CT扫描仪通过沿螺旋路径同时对身体的多个切片成像解决了这个问题。

CT扫描仪制造商不断增加探测器的数量，使扫描仪能够一次捕获更多的切片。当探测器在21世纪初增加到64个切片时，真正的“哇”发生了。扫描可以在高分辨率下快速完成，并且可以同时覆盖相当长的范围。如今，扫描仪更加复杂，最多可以达到个切片。

最后，隐藏在人体内的脆弱的复杂性——从错综复杂的血管网到优雅分支的肺部气道，再到精致而坚固的骨骼结构——有目共睹。

03

合二为一

当麦科洛的岳父因为手腕疼痛住进急诊室时，已经痛苦了好几个小时，医生们试图找出问题所在。最后，有医生问道，“我们不能把他送到CT室吗？”

多亏了一种叫做双能量CT（DECT）的技术，医生们才能够准确地找出问题所在。年随着第一代双源CT（SOMATOMDefinition）推出的双能CT使用两束不同能量的X射线，而不是一束。通过这种方式拍摄图像，扫描仪可以准确地计算出其中包含哪些材料。不同的材料吸收X射线的量不同，但为了