有人表面上是唱片公司工程师,背地里净想着看清人的脑子

作者: E. S. Higgins

来源: 中科院物理所

发布日期: 2022-01-18 13:00:48

50年前,英国工程师戈弗雷·亨斯菲尔德发明了CT扫描技术,使医生能够看到活人头骨的内部,这一创新改变了医学领域。亨斯菲尔德在百代唱片公司工作期间,利用自己的电气机械天赋和创新思维,解决了头骨内部成像的难题。尽管面临资金和管理的挑战,他最终成功研发出人体扫描仪,并在医学成像领域取得了巨大成功。

50年前,首次CT扫描让医生看到了活人头骨的内部,而这要归功于披头士唱片公司的一位古怪工程师。1972年,戈弗雷·亨斯菲尔德站在EMI扫描仪旁。可能藏匿在密室里的珍贵物品,真的能激发人们的想象力。在20世纪60年代中期,英国工程师戈弗雷·亨斯菲尔德思考过,是否可以通过捕捉穿过看不见的空洞的宇宙射线来探测埃及金字塔中的隐藏区域。

最终,他弄清楚了如何利用高能射线来展示肉眼看不见的东西:他发明了一种可以看到硬脑壳内部的方法,并获得了软脑内部的图像。

人类大脑的第一张计算机断层扫描图像(CT扫描)是在距今50年前的1971年10月1日拍摄的。亨斯菲尔德从未到过埃及,但他的发明却把他带到了斯德哥尔摩和白金汉宫。戈弗雷·亨斯菲尔德的早年生活表现不出他能够取得多大成就。他不是一个特别优秀的学生。当他还是个小男孩的时候,他的老师称他“忠厚老实”。第二次世界大战开始时,他加入了英国皇家空军,但他并不算一名出色的士兵,但却是电气机械方面的奇才。

战争结束后,亨斯菲尔德听从了指挥官的建议,并在之后获得了工程学学位。他在百代唱片公司(EMI)实习,这家公司后来因销售甲壳虫乐队(Beatles)的专辑而出名,但其实它最初是以电子与音乐工业起家的,专注于电子和电气工程。亨斯菲尔德利用自己的天赋带领团队研发英国最先进的主机电脑。但到了60年代,百代公司想要退出竞争激烈的电脑市场,不知道该如何安置这位才华横溢、性情古怪的工程师。

在一次被迫休假中,亨斯菲尔德思考着自己的未来,以及他可能为公司做些什么。在此期间,他遇到了一位医生,这位医生抱怨X射线拍摄出来的大脑图片质量很差。这让亨斯菲尔德想起了以前的想法:不用打开盒子就能找到隐藏的结构。

亨斯菲尔德提出了一种新的方法来解决头骨内部的成像问题。X射线以半圆形从1到180度的角度照射到大脑的各个“切片”。首先,他在概念上像切片面包一样将大脑分成连续的切片。

然后,他计划用一系列的X射线穿过每一层,对半圆中的每一度重复这一步骤,在大脑的另一侧捕捉每束光线的强度。计算每一束穿过物体的X射线强度,然后用一种不可思议的算法进行逆向运算,这样就有可能构造出一幅图像。最后,在亨斯菲尔德最具独创性的发明中,有一种可以基于所有切片重建大脑图像的算法。

尽管成功地扫描了无生命物体,后来又成功扫描了洁食牛的大脑,百代的管理层还是不为所动。

如果亨斯菲尔德想继续研究人体扫描仪,他需要找到外部资金。亨斯菲尔德是一位才华横溢、直觉敏锐的发明家,但不是一位有效的沟通者。幸运的是,他有一位富有同情心的老板——比尔·英厄姆,他看到了亨斯菲尔德提案的价值,并与百代公司进行了斗争,以维持该项目的顺利进行。他知道他们无法立刻获得拨款,但他说服了英国卫生和社会保障部为医院购买设备。

1971年10月1日,他们扫描了第一个病人:一名显示出脑瘤迹象的中年妇女。第一次临床CT扫描,可见脑瘤呈较深的斑点状。就在那里——在她的左额叶——一个李子大小的囊状肿块。于是,其他所有的大脑成像方法在此刻都过时了。在医疗市场毫无经验的EMI,突然垄断了一种需求量很大的机器。它将扫描仪投入生产后,在销售方面起初非常成功。

但在五年内,通用电气和西门子等规模更大、经验更丰富、研发能力更强的公司陆续研发出了更好的扫描仪,快速侵占了销量。百代最终退出了医疗市场,而这也成为一个印证“与一家大公司合作比单打独斗更好”的案例。

1979年12月11日,瑞典国王卡尔·古斯塔夫在斯德哥尔摩将诺贝尔奖授予亨斯菲尔德。亨斯菲尔德的创新改变了医学。1979年,他与人分享了诺贝尔生理学或医学奖,1981年被女王封为爵士。

他继续进行着发明,直到2004年去世,享年84岁。现代CT扫描提供了比亨斯菲尔德1971年的原始扫描更高分辨率的大脑“切片”图像。截止2020年,美国的技术人员每年进行的扫描超过8000万次。一些医生认为这个数字过高,也许其中三分之一是不必要的。虽然这可能是真的,但CT扫描有助于识别肿瘤,并确定是否需要手术,已经使世界各地许多患者的健康受益。在急诊事故后,它们对于快速搜索内伤特别有用。

还记得亨斯菲尔德关于金字塔的想法吗?1970年,科学家们把宇宙射线探测器放在哈夫拉金字塔最低的房间里。他们的结论是,在金字塔中没有隐藏的密室。2017年,另一个团队在吉萨大金字塔放置了宇宙射线探测器,发现了一个隐藏但无法到达的房间,但在短期内它不太可能被探索。

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