В ХIХ в. Математики Фредгольм и Абель исследуют свойства семейства интегральных уравнений, позже ставших основой томографии.
В 1895 г. В. К. Рентген открывает проникающие “Х-лучи”, в России позже названные благодарными физиками и врачами его именем — “рентгеновские”.
В 1905 г. Я. Ван-Циттерт осуществил томографическое измерение распределение яркости далёкой звезды по радиусу как численное обратное преобразование Абеля.
В 1917 году немецкий математик Иоганн Радон предложил способ обращения интегрального преобразования, впоследствии получившего его имя (см. преобразование Радона), благодаря которому стало возможно восстанавливать изначальную функцию, зная её преобразование. Однако в то время работа Радона не попала в поле зрения исследователей и вскоре была незаслуженно забыта современниками.
В 20-х гг. ХХ в. французский врач Бокаж изобрёл и запатентовал томографический механический сканер, который должен был оставлять на рентгенограмме неразмытым только заданный слой тела пациента. Это называлось “рентгеновская планиграфия”, а также “биотомия”, а позже было названо “классическая томография”.
В 1930 г. А. Валлебона разработал принцип послойного рентгенологического исследования (томографии).
В 1934 г. В. И. Феоктистов создал первый действующий рентгеновский томограф.
В 1937 г. польский математик Качмаж опубликовал алгоритм, который впоследствии был использован Кормаком и Хаунсфилдом без ссылки на автора.
В 1938 г. А. Ощепков изобрёл СВЧ-интроскопию.
В 1941 г. А. Н. Тихонов изобрёл метод регуляризации, сделавший возможным реконструкцию при неточных проекциях.
1941 - 1945 гг. Рентгеновские, гамма- и нейтронные интроскопы с вычислительной томографической обработкой по Тихонову осуществлены в СССР для задач дефектоскопии в авиационной и пушечной отраслях промышленности, а к концу войны — и для контроля объёмного распределения процессов в ядерных реакторах.
В 1944 г. Е. К. Завойский открыл новое явление — электронный парамагнитный резонанс (ЭПР).
В 1945 - 1946 г. было открыто явление магнитного резонанса двумя независимыми группами ученых. Вдохновителями этого были Феликс Блох и Эдвард Миллс Пёрселл.
В 1953 г. И. А. Бочек изобрёл стохастическую версию алгоритма Качмажа, избавившую реконструкции от регулярных артефактов и значительно увеличивший качество изображений.
В 1953 г. советский математик Вайнштейн доказал теорему о связи минимального достаточного количества проекций с группой симметрии объекта, резко упростившую томографию.
В 1960 г. В. А. Иванов изобрёл ЯМР-томографию (внутривидение на основе ядерного магнитного резонанса).
В 1963 году американский физик А. Кормак повторно (но отличным от Радона способом) решил задачу томографического восстановления, а в 1969 году английский инженер-физик Г. Хаунсфилд из фирмы EMI Ltd. сконструировал “ЭМИ-сканер” (EMI-scanner) — первый компьютерный рентгеновский томограф, чьи клинические испытания прошли в 1972 году. В 1979 году Кормак и Хаунсфилд “за разработку компьютерной томографии” были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.
В 1991 г. в одном из крупнейших медицинских учреждений России НЦПЗ РАМН был установлен первый отечественный МР-томограф “Образ-1”, произведенный Научно Производственной Фирмой “Аз” организованной в 1988 году как инновационное предприятие в области разработки и производства отечественных магнитно-резонансных томографов, до сих пор успешно эксплуатируется.
В 2003 за изобретение метода магнитно-резонансной томографии, на основе открытия Реймонда Дамадьяна, Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили Питер Мэнсфилд и Пол Лотербур.
В 2010 году создана так называемая четырёхмерная электронная томография — техника визуализирования динамики трёхмерных объектов во времени. Эта техника позволяет наблюдать за пространственно-временными характеристиками микрообъектов.
Изображения, полученные методом рентгеновской компьютерной томографии, имеют свои аналоги в истории изучения анатомии. В частности, великий русский хирург Николай Иванович Пирогов разработал новый метод изучения взаиморасположения органов оперирующими хирургами, получивший название "топографической анатомии". Сутью метода было изучение замороженных трупов, послойно разрезанных в различных анатомических плоскостях ("анатомическая томография"). Пироговым был издан атлас под названием "Топографическая анатомия, иллюстрированная разрезами, проведёнными через замороженное тело человека в трёх направлениях". Фактически, изображения в атласе предвосхищали появление подобных изображений, полученных лучевыми томографическими методами исследования.
В начале ХХ века Бокаж изобрёл способ томографии на механическом сканере, обеспечивающем линейное либо вращательное размытие на рентгенограмме всех слоёв тела человека, кроме заданного. Томография Бокажа ("классическая") применялась (наряду с вычислительной) до конца ХХ века.
Разумеется, современные способы получения послойных изображений имеют несравнимые преимущества: нетравматичность, позволяющая прижизненную диагностику заболеваний; возможность аппаратной реконструкции однократно полученных изображений в различных анатомических плоскостях (проекциях), а также трёхмерной реконструкции; возможность не только оценивать размеры и взаиморасположение органов, но и детально изучать их структурные особенности и даже некоторые физиологические характеристики, основываясь на показателях рентгеновской плотности и их изменении при внутривенном контрастном усилении.
Компьютерная томография, реконструктивная томография, вычислительная томография - это компьютерное моделирование скрытой внутренней структуры физических объектов, использующее косвенные данные поверхностных и дистанционных измерений.
В США и их странах-сателлитах проповедуют, что метод компьютеной был предложен в 1972 году Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормаком, удостоенными за эту разработку Нобелевской премии. Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями.
Термины "вычислительная томография", "компьютерная томография" и "реконструктивная томография" эквивалентны. Однако, не всякая томография является вычислительной. Например, врач Бокаж изобрёл в начале XX века то, что впоследствии получило название "классическая томография", сущность которой состояла в том, что за счёт специальной схемы механического движения неразмытым на рентенограмме оставался лишь один заданный слой человеческого тела. Такую томографию можно осуществлять для микроскопических тел и в обычном оптическом микроскопе, когда и так малая глубина резкости микроскопа специально уменьшается для получения изображения только одного тонкого слоя объекта.
В действительности же вычислительную (computing) томографию изобрёл и впервые осуществил в начале ХХ в. голландский астроном Я. Ван-Циттерт, по интегралам вдоль линий сечения профиля изображения близкой звезды и её короны рассчитав распределение яркости звезды по радиусу (при этом использовалось обратное преобразование Абеля). Но это был лишь одномерный (f(R)) объект.
В конце 30-х - начале 40-х гг. советский математик А.Н. Тихонов изобрёл метод регуляризации, позволивший по конечному набору проекций (теней) вычислительно восстанавливать трёхмерное распределение внутри объекта. Метод Тихонова был применён в годы Великой Отечественной войны для решения задач технической дефектоскопии в машиностроении.
В 1952 г. советский математик Вайнштейн доказал теорему, с помощью которой однозначно устанавливается зависимость наименьшего количества направлений проекций (см. преобразование Радона), достаточных для однозначного точного восстановления многомерного объекта (см. обратное преобразование Радона), от его группы симметрии. Эта теорема была применена в СССР в те же годы для упрощения решения задач вычислительной реконструкции 2-мерных и 3-мерных объектов сложной формы в технике и биологии (вирусологии) по набору его проекций (теней), полученных с помощью рентгеновского излучения и СВЧ и субмиллиметровогоэлектромагнитного излучения (см. интроскопия Ощепкова).
В 1960 г. В.А. Иванов подал заявку на изобретение ЯМР-томографии и ЯМР-томографа и там же указал способ расчёта двух- и трёхмерного изображения объекта по его одномерным проекциям и впоследствии получил на это патент СССР.
|
|
 |
