躍進中的X光電腦斷層攝影儀器話從頭

影像醫學部   林威辰 主治醫師(100年5月)

在電腦斷層(computed tomography, CT以下以此稱之)尚未出現的年代，人們就知道可以利用X光斷層攝影(tomography)的方式，獲得平行於人體長軸方向的影像，而且只突顯出所選定位置有較清淅的影像(圖1)。即使如此，其影像品質仍然是相當昏暗而模糊的。

有鑑於此，工作於百代公司(EMI Ltd.)的工程師考得菲•豪恩斯菲(Godfrey Houndsfield)就想到利用多角度的X光掃描，經過計算之後，試圖組成可以看到某個密閉容器內構造的機器。百代公司是眾所周知，曾錄製披頭四唱片的英國公司。而他創造的百代掃描儀(EMI scanner)也於1973年獲頒英國女皇企業奬(Queen’s Award for Enterprise)。

無獨有偶，生於南非的美國物理學家艾倫•寇馬克(Alan Cormack)也發展出一套可以運用於重組CT影像的數學運算法。電腦斷層的發展由於有兩人的貢獻，終於在1979年時同獲頒諾貝爾生理或醫學奬(Nobel Prize in Physiology or Medicine)。

依CT的硬體設計區分，共可分為四個世代。第一代CT具有一個X光射源及一個偵測器，每個固定角度只能平移做線狀掃描，X光射源每次旋轉1度角，完成一個切面需要180個角度掃描(圖2)，共須花費近5分鐘才能完成一張切面影像，不論是完成檢查的時間或是病人所接受的X光劑量，都是相當可觀的。此後進展到第二代CT，在偵測器的設計上變為多個，且每次X光射源的旋轉角度變為10度(圖3)，大大提高了掃描速度，可達僅30秒的成像時間，且減少了輻射劑量。前兩代的X光射源都以平移方式進行，進展到第三代CT時，射源便改為旋轉，且偵測器數目增加並作弧形排列(圖4)，兩者同時旋轉，更大輻增快到只需少於1秒的時間便可成像。但第三代CT最大的缺點是會產生環形假影，為防止環形假影的產生，又有第四代CT的發展，主要的改變是將弧形排列的偵測器改成360度圍繞的固定環(圖5)。然而實際服役的電腦斷層儀器仍以第三代的硬體設計為主流。

除了X光射源/偵測器運作模式的進步外，檢查枱也由掃描時靜止不動進步為一邊掃描一邊位移的方式，我們稱為螺旋式掃描(Helical or spiral scan)，優點是一次掃描可以獲得一段體積的資訊而不只是一個切面的資訊而已。另加上電腦運算速度的進步，可於極短時間內獲得上百張的影像，並可重組成任意切面的影像，對於診斷上的幫助極大。

目前CT的研發，日新月異，為了減少不必要的輻射曝露，其所產生的輻射劑量的要求也相對必須越低越好。相較於一般腰脊椎X光攝影的1.5亳西弗，目前的頭部CT攝影約2亳西弗，胸部CT攝影約7亳西弗，心臟冠狀動脈CT攝影約16亳西弗(註)。此外，每次旋轉一次射源/偵測器可得影像數也由2張、4張、8張、…直至目前的最大張數640張，正如同相機的快門速度增快一樣，可避免身體移動所造成的模糊現象，尤其對於無法靜止不動的心臟而言，更是居功厥偉。

CT的發展還會繼續下去，現在還不會是終點！

(註)資料來源：行政院原子能委員會

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