书城科普发现创造与传奇故事(新编科技知识全书)
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第8章 CT扫描仪的发明

1972年,英国人郝菲德在北美放射线学会年会上发表了电脑断层扫描的论文,赢得了与会者的满堂喝彩。因为当时从来没有人能如此清晰地呈现人体内部组织。1979年此项发明获得诺贝尔生理学暨医学奖。

CT扫描仪(电脑断层扫描装置)发明人郝菲德,早年做过戏院影片师,还当过收音机修理工和工程制图员。第二次世界大战期间他成为英国皇家空军雷达技师。战后他完成电机系学业,进入EMI公司。在20世纪60年代这家公司是制造唱片、唱机、收音机和电视机的。郝菲德是聪明有才智的人,对新的电子技术一直有浓厚兴趣,他在公司研究室里工作,是研究电子技术新项目的。他曾向公司提出,利用新兴的电脑记忆体可完成杰出的创新。他有办法将大量资料存人小片磁镍铁上,而后利用电脑可迅速存取这些资料。但是管理层没有给予支持,郝菲德只好放下这件事。

有一次他与同行探讨电脑运算问题时,产生一个点子:假如在一个盒子里放件东西,从空间各角度来侦测这盒子表面,在不用打开盒子的条件下,就可以知道盒子里装的是什么。

郝菲德想,如果把盒子内的物体变成许多照片粒子(即组成照片影像的小黑点),那么就可以给每个粒子指定一个数值,每个透过盒子看到的影像都用数学式来表达。然后集合所有的数学式,再用电脑以它们在盒子里的样子重组,就可在电脑荧屏上显示出重组的物体,而不用打开盒子就可以看到盒子里是什么了。

1968年郝菲德说服上司接受了他的想法,解决了研究经费。于是,他开始研制电脑断层扫描机。他在研制中很注意节省经费,扫描机基座是用旧的工业车床,把大部分会动的零件拆掉,中间放了会旋转的10英寸塑胶盒,盒子填足水,然后把一堆金属碎片放进去,在盒子的一边定好位置,作为射出微弱伽马射线的源头,另外一边安上拦截这些射线的装置,那是一个简单的放光计数器。接下来就利用这简单的车床构造,小距离来回移动射线与计数器,每当射线通过盒子,盒子就旋转一度。当扫描机移动时,狭长的一道道射线光会成束穿透盒子,一一读出各个角度的数值。

当一道伽马射线放出来时,这个一定的量度就会因盒子的容量而改变。这变化就转成计数器上的读数:计数器接在电脑上,电脑会登记每次曝光出现的射线程度(也就是说电脑是借助计数器上的射线强弱程度,记录射线的变化)。这些读数会储存起来,直到足够组成一张完整的影像,这样就拍下了射线在盒中碰到的东西。

扫描结束后,电脑要花掉一定时间处理读数,在监视器上将读数组成照片,再用拍立得摄下荧屏上的影像,就变成了电脑断层扫描的永久记录。它显示出盒内物体画面,是一般X光摄影所看不到的。这清楚的影像也是人们从未见过的。郝菲德在条件成熟后把电脑型样辨识知识与医疗放射学知识结合在一起,进入了人体试验阶段。

1971年秋,在爱默医院,第一位接受扫描的患者是一位被诊断患有脑瘤的女土。那女士躺在平坦的长沙发上,头部以水袋固定着;X光可以穿过水袋而不受影响。扫描机的循环轨道绕着她头部扫描。扫描只用几分钟,事后的处理工作较长,先要把资料从x光转到磁带,从磁带再转到电脑,再回到磁带上;然后把磁带放映在示波器荧屏上,最后照在拍立得底片上。当郝菲德拿着照片让外科医生们检查时,所有的人都大吃一惊。那组照片告诉人们,患者的左脑前叶有个囊状肿瘤。原先若是不动手术就无法得知这肿瘤的存在,现在却能在不损害病人机体的条件下看得一清二楚。

郝菲德虽然相当高兴,但他想到这机器,尚存在许多缺欠,应予改进之处还很多。于是他立即思考一个较为精良的电脑断层扫描机。后来微电脑问世,带来了重大改变,大幅度缩减了扫描步骤和时间,同时可将资料处理技术直接引进医院。改进后的头部扫描机已较完美了。

1975年,郝菲德在一次展示会上向放射线专家们展示了第一批全身断层扫描照片。照片的清晰度使观众感到非常惊讶:最后他把一张曝光完美、对比鲜明的照片放在荧屏上,照的是他自己的内脏。这张照片太出色了,观众激动得站起来吹呼。大家从未见过这样好的效果,也从未想过能够见到这么好的东西。

从此,郝菲德发明的电脑断层扫描仪,打开了世人的眼界,为生理学和医学做出了巨大的贡献。此项发明于1979年获得了诺贝尔生理学暨医学奖。