CT 掃描器的演進

本小節簡介 CT 掃描器發展[3]。

2-4-1 第一代 CT 掃描器

第一台商用的 CT 掃描器是 1972 年由 Godfrey Hounsfield 所製造，這台掃描 器也稱為 EMI 掃描器。此掃描器的 X 射線管(x-ray tube)跟偵測器(detector)是相 連分別只有單一個，位置分別在觀測物的兩側，射線管跟偵測器在掃描觀測物是 一起移動。在進行掃描時，射線管跟偵測器是對觀測物進行線性的橫向掃描，這 個動作也被稱作 translation，完成一次的 translation，則射線管與偵測器以觀測物 為軸心旋轉一度，將上述運作合稱：translate-rotate 運作。圖 2-4 為第一代掃描 器運作的示意圖。

圖 2-4：第一代 CT 掃描器運作

2-4-2 第二代 CT 掃描器

第二代 CT 掃描器是因為要縮短掃描時間的需求而誕生。從單一的射線管跟

7

單一的偵測器改良為多個射線管跟多個偵測器，但是運作的方式還是跟第一代一 樣是 translate-rotate 運作。一般來說，第二代 CT 可降低成原來 N 分之一的掃描 時間，其中 N 是偵測器的個數。圖 2-5 為第二代掃描器運作示意圖。

圖 2-5：第二代 CT 掃描器運作。這裡假設 N=3 的偵測器。

2-4-3 第三代 CT 掃描器

想要掃描的速度在加快，就需要把 translate 這個動作移除，只保留下旋轉動 作。為了達成這個目的，將原本 X 射線增加寬度變成扇形光束，此扇形光束的 投影可把病患完全包覆；偵測訊號改用陣列型的偵測器。射線管與陣列型偵測器 是相連的，所以當兩者是一起繞著病患旋轉，此特性與前兩代類似。X 射線管與 陣列型偵測器純粹只有旋轉動作，即為第三代 CT 掃描器的特徵。圖 2-6 為第三 代掃描器運作示意圖。

8

圖 2-6：第三代 CT 掃描器運作

2-4-4 第四代 CT 掃描器

第四代的掃描器跟第三代一樣，只有旋轉的動作；其差異在於，第四代是採 用大型且不移動的環形偵測器。圖 2-7 為第四代掃描器運作示意圖。

圖 2-7：第四代 CT 掃描器運作

9

2-4-5 第五代 CT 掃描器

與前面幾代最大的不同，它移除了機械式的旋轉。X 射線管在偵測器外圍，

從單一變成陣列型態，且使用通電的方式控制，以不同的位置對觀測物進行投影，

取代原本旋轉的動作。

2-4-6 奈米等級的斷層掃描

近年來，斷層掃描可達到奈米等級，即觀測物可小到奈米單位，因為觀測物 與醫學上有很大的不同，所使用的機器也有很大的差異。國家同步輻射研究中心 擁有此類型儀器，稱為穿透式 X 光顯微鏡[4]，以下簡介該儀器。

攝影流程大致如下： X 光線經過一濾波器，得到特定波長的光線，再經過 condenser 讓射線能聚焦在觀測物上，再經過 zone pate objective 讓射線能集中使 得進入 CCD camera 進行儲存。架構的圖示如圖 2-8。

圖 2-8：穿透式 X 光顯微鏡圖示架構

對物體做斷層掃描前，需要得知乘載平台的旋轉軸位置，在取得這個資訊過

10 為直接立體渲染法(direct volume rendering)，另一類為間接立體渲染法(indirect volume rendering)。

間接立體渲染法的做法是從立體資料(volume data)根據某些性質將特定區域 的數值取出，這些特定區域因為符合平面的幾何性所以被認為是相同的，然後再 將這些區域顯示出來。代表此類型的演算法有 marching cube[5]。

直接渲染法是不考慮表面直接使用立體資料產生影像，近年來許多演算法使 用 GPGPU 提供的 texture mapping 來加速及實作。代表此類型的演算法有 ray casting[6]、texture-based。其中以 texture-based 與本論文相關，以下簡介此演算 法。