8月28日—發明電腦斷層掃描的人

1895年,德國科學家侖琴意外發現X射線,並發表妻子左手掌的X光照片後,X光片便成為診斷病患的最佳輔助工具。不過X光片是將身體結構投影在二維平面上,無法確定深度位置,病灶也可能被重疊的組織遮蔽,加上只有密度較高的組織能清楚顯示,密度相近的軟組織就難以區分,因此沒辦法發現許多疾病的病灶。

這是技術原理的先天限制,想要不動刀就看見人體內部,X光片似乎是唯一選擇。沒想到1971年電腦斷層掃描(computed tomography scan,簡稱CT掃描)橫空出世,竟能打破這些限制,讓醫學影像診斷又跨入全新的境地。

1919年的今天,豪斯菲爾德(Godfrey Hounsfield)出生於英格蘭一個農村。他從小就對農場裡的機械和電子用品充滿好奇,經常自行加以拆解,還曾試駕自製的滑翔機而差點喪命。不過他的學業成績並不好,因此他沒上大學,而是加入英國皇家空軍。過沒多久第二次世界大戰爆發,他擔任雷達技術員,學到了無線電與電子相關知識,也培養出日後動手發明的實作能力。

二戰結束,豪斯菲爾德申請退伍,到「法拉第之家」電機工程學院就讀,畢業後到倫敦的EMI公司工作。EMI當時除了是家音樂唱片公司,也製造多項電子產品,包括雷達、光電倍增管、廣播電視設備……等等;豪斯菲爾德參與了多項研發工作,1958年還領軍打造出英國第一台全電晶體的商用電腦。

1967年某一天,豪斯菲爾德在鄉間漫步時,突然冒出一個想法:如果讓X光束從不同角度穿過人體,將得到的數據輸入電腦,透過數學運算加以組合,就有可能重建出人體內部的影像。

這個構想聞所未聞,能否成真仍大有疑問。不過此時EMI已經受惠於四年前簽下披頭四樂團,獲利大幅成長,1967年5月發行披頭四的專輯唱片《胡椒軍曹寂寞芳心俱樂部》(Sgt. Pepper’s Lonely Hearts Club Band) 更是大獲成功,三個月內就賣了250萬張。在資金充沛無虞的情況下,EMI公司高層大筆一揮,批准了CT掃描技術的開發計畫。

披頭四的專輯唱片《胡椒軍曹寂寞芳心俱樂部》

豪斯菲爾德帶領團隊,設計讓X光機和偵測器繞著人體同步旋轉,從不同角度發射X光束,偵測器記錄下不同組織對X光的吸收差異,將數據傳給電腦即時處理。他再根據奧地利數學家拉東(Johann Radon)在1917年提出的「拉東轉換」,寫出一套演算法,將數據轉換為代表原始密度的影像。這些影像相當於人體切片圖,醫師根據這一張張的切片圖,便能清楚分辨腦部、胸腔、腹腔等區域的細微結構,發現極小的腫瘤或出血點。

1971年,豪斯菲爾德終於做出世上第一台CT掃描的原型機。他先拿保存在福馬林的人腦標本做測試,再從肉店買新鮮牛腦來試驗,然後還親自上場,掃描自己的頭部。10月1日,倫敦的阿特金森莫利醫院(Atkinson Morley Hospital)對一名腦囊腫患者進行CT掃描,清楚顯示出腫塊位置與形狀,讓醫師得以規劃治療方案。這項突破震驚了全球醫學界,從此開啟影像診斷的新紀元。

人腦從顱底至顱頂的CT掃描。圖片來源:Wikipedia

CT掃描迅速在全世界推廣開來,也從最初的頭部掃描,發展成可以掃描全身,在診斷腫瘤、腦出血、心血管疾病、內臟損傷等方面,都發揮無與倫比的作用,挽救了無數人的生命,成為現代醫院不可或缺的診斷工具。

由於這項發明的卓越貢獻,1979年的諾貝爾生理或醫學獎,便頒給豪斯菲爾德和獨立提出CT掃描理論的美國物理學家科馬克(Allan Cormack)。除了諾貝爾獎,菲爾德還獲得多項殊榮,並被英國女王授予爵士榮銜;此外,量化身體組織對X光吸收程度的量表與基本單位,也以他為名。

誰能料到在醫學領域做出如此巨大又影響深遠的貢獻,竟然不是醫師,也不是生物學家,甚至不是系出名門的科學家,而是一位大器晚成的工程師。

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