令他赢得诺奖的研究,只是他的业余爱好。两位1979年诺贝尔生理学或医学奖的获得者,都不是医学专家,然而他们在医学领域掀起了一场革命。他们所发明的计算机辅助X射线成像技术,使医学如同进入了太空时代。德国物理学家伦琴在1895年宣布发现了X射线,他因此获得1901年首届诺贝尔物理学奖。伦琴也许不曾想到,他的发现很快在医学诊断领域得到了广泛的应用。因为X射线具有强大的穿透能力,能够轻易地通过人体。
这使得医生无需施用外科手术,就能窥探病人体内,从而做出准确诊断。
然而,由传统X射线成像仪所形成的人体内部纵向面的投影像,只包含了体内组织的二维结构信息,它无法提供体内横截面(断层)上组织的情况。
20世纪70年代中期,在英国出现了一种神奇装置,叫做“计算机辅助X射线断层成像仪”(Computer Assisted Tomography,简称CAT或CT);它能够在不损伤病人的情况下,提供人体从头到脚各部位的断层X-射线图像。利用CT,医生可以轻而易举地观察到人体内部哪怕是微小的病变和病灶分布,能够及早采取正确的治疗措施,从而拯救了无数患者的生命。
1979年10月11日,诺贝尔的诞辰,位于瑞典首都斯德哥尔摩的卡罗琳医学院宣布,这一年的诺贝尔医学奖授予美国人柯马克和英国人豪斯菲尔德,以表彰他们“发明了计算机辅助X射线断层成像技术”。柯马克出生于南非的约翰内斯堡市,父亲是电信工程师,母亲是教师。父母亲都是第一次世界大战前不久,从苏格兰来到南非的移民。柯马克是家中三个孩子中最小的。
1955年,还是开普敦大学物理学讲师的柯马克接受到一项任务,要为南非一家医院的放射科监测肿瘤患者接受放射性同位素治疗的剂量。他很快发现这其实是一个数学问题,而且解决了这一问题可以有其他种种应用。他终于在1963年发表了题名为“函数的直线积分表示及其放射学应用”的开创性论文。
CT是如何做到在不损伤病人的情况下获得病人体内横断层的图像的?如前所述,人体内部不同的组织具有不同的X射线吸收率。
所以,如果能够知道人体内X射线吸收率的分布,就可以重建体内组织的图像了。这正是CT所要做的。从数学的角度来看,一根直线上的X射线平均吸收率就相当于在该直线上对于吸收率函数的积分值。因此,如果能根据函数在直线上的积分值来求出函数在各点的值,那么就可以实现CT的功能了。而这也正是柯马克在1963年的那篇论文中所完成的工作。