​神外历史上的今天｜神经影像漫漫征途上的“丰碑”

20世纪70年代，一种名为计算机辅助断层成像（CAT，Computer-Assisted Tomography，后称CT——Computer Tomography）的巨大机器，成为医学诊断中一颗冉冉升起的新星。1979年10月11日，42年前的今天，CT的发明者高弗雷·纽博尔德·亨斯菲尔德（Godfrey Newbold Hounsfield）与其技术理论的提出者艾伦·麦克劳德·科马克（Allan McLeod Cormack）共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。即使距离CT技术的发明已经过去了数十年，医学科技已经有了翻天覆地的改变，该技术至今仍然是21世纪大医疗时代中不可或缺的诊断和评估工具。

1919年8月28日，亨斯菲尔德出生于英国纽瓦克的一个家庭农场中。在这片不起眼的农场中，这位后来的诺贝尔奖得主在他的成长时期即展现出与生俱来的天赋——没有接受过任何相关训练的亨斯菲尔德能够独自修理各种机器，甚至还自己制作了一架滑翔机，而他在1979年诺贝尔奖颁奖典礼的演讲中也自豪地提到了这件事：“我对滑翔机的飞行原理进行了危险的调查——我使用自制的滑翔机从干草堆上跳起来；在用充满水的焦油桶和乙炔进行激动人心的实验时，我几乎把自己炸飞，就为了看看它们能将我推到多高。”

在亨斯菲尔德的青年时期，很多了解他的人认为这些技能肯定会使他成为一个杰出的学生甚至是工程科学家。然而，亨斯菲尔德的选择与他们的期望大相径庭，而他最终的成就却又远远超出了人们的设想。他在学校里表现平平，在二战前自愿加入英国皇家空军，担任雷达机械教官。参军期间，他借着职务之便，初步探究了机器的奥秘。战后，在军队上级的支持下，亨斯菲尔德被法拉第之家电气工程学院（Faraday House Electrical Engineering College）录取。这并不是什么出名的高等工程学校，而是在20世纪60年代后期出现的一种将职业教育与理工结合起来的专科学校。“天才”亨斯菲尔德从来都不是一个正式的工程师，也许正因如此，他才能够越过医学和工业之间的隔阂，并将两者结合起来，开拓出造福无数病人的医疗科技。

亨斯菲尔德后来在百代电气音乐工业公司（EMI）工作，他的“伯乐”雇主指名让他成为英国第一台变压器计算机施工人员的组长。他对当时还处于初级阶段的计算机产生了特别的兴趣，并在1958年领导一个设计团队建造了英国第一台原产的全晶体管计算机。1967年以后，在一次乡村徒步旅行中，亨斯菲尔德突然产生了一个奇妙的灵感——或许可以通过测量一个不透明物体周围各个角度的X射线读数并将这些读数结合起来，来确定这个物体里的到底是何方神圣。亨斯菲尔德的灵感得到了百代公司高层的认可，作为公司医学研究部的负责人，他也开始顺利筹备起计算机断层摄影技术的研究。有趣的是，百代公司因发行了著名乐队披头士的专辑而赚得盆满钵满，而这些所得的一部分成为了这项研究的费用。

亨斯菲尔德最初设计CT的手稿

凭借着25000英镑的预算（约合现在的近50万英镑）和由一名程序员、一名电子工程师和他这名机械设计师组成的三人团队，亨斯菲尔德逐步建造了他的第一台可应用于医学检查的CAT扫描仪，并在1972年正式应用于临床。这台稍显简陋的机器可以从不同角度接收输入的X射线，从而以“断层”的方式创建该物体的图像，计算机断层扫描这一划时代的概念就此诞生。

CAT的出现，使X光胶片被更为敏感的晶体探测器取代，当探测器被射线击中时，放大器发出的信号被存储并在计算机中同步进行数学分析。计算机中包含着一个编程，可通过求解大量方程来重建横截面的图像。CAT具有极高的密度分辨率，可以检测组织密度中极为微妙的变化。尽管当时仍存在辐射暴露，并且需要借助静脉内注射造影剂的方法，但患者在该过程中几乎没有什么不适。

1971年10月4日，第一个接受CAT头部扫描的病人及其头颅CT影像

无独有偶，出生于南非的美国萨诸塞州梅德福德塔夫茨大学物理研究所教授兼系主任、著名物理学家艾伦·麦克劳德·科马克（Allan McLeod Cormack）也通过理论物理和理论数学的研究，独立开发了通过计算机进行断层扫描和重建图像所需的计算方程，并且首次在生物系统中分析和展示了射线扫描横截面所需的条件。1963年，科马克发表了他有关断层扫描的分析论文。但由于他的想法没有得到足够的重视，他没有得到足够的研究资金，不得不忍痛放弃这项研究。

亨斯菲尔德和科马克素不相识，由于信息滞后，两人也从未得知对方的研究内容，但他们各自独立地在同一时期发掘了计算机断层扫描的宝藏。在没有意识到科马克贡献的情况下，亨斯菲尔德开发了重建图像的独家方法。诺贝尔奖的评委会没有忽略他们当中任何一位的贡献。1979年10月11日，霍斯菲尔德和科马克共同被授予诺贝尔奖，计算机断层扫描技术也被誉为“一种革命性的放射学检查方法，特别在神经系统疾病的研究中有着卓越作用。”

1979年，在授予亨斯菲尔德诺贝尔奖时，评委会给予了他极高的赞誉：“他的研究结果让医学界大吃一惊。毫不夸张地说，在如此短的时间内，X射线诊断学中没有任何其他方法能够像计算机辅助断层扫描技术那样在医学研究和应用中带来如此显著的进步。”

如今很多人已经无法想象，在百代公司推出CAT扫描仪之前，医生们是如何进行治疗的。放射科医生需要通过X线机的不停移位，并且间接观察临床表现的方式来了解病人的情况，往往还需要使用侵入性的诊断方式。CT的出现彻底改变了临床医生管理病人的方式，尤其是因为它能够精准地记录大脑这一结构精密而复杂的器官中许多的细微改变，所以一经问世，就在脑梗塞、脑出血、颅内肿瘤、颅内脓肿、颅脑的外伤性血肿及椎管内肿瘤等中枢神经系统疾病的诊断和评估中发挥出无与伦比的作用。

在荣膺诺贝尔奖之后两年，亨斯菲尔德被授予爵位。1986年，从百代公司退休后，亨斯菲尔德用他所获得的诺贝尔奖金的一半，在自己的客厅里建了一个私人实验室。直到生命的最后，亨斯菲尔德一直致力于完善CT扫描仪，并将研究方向转向了下一代影像技术——磁共振成像。2004年，亨斯菲尔德在萨里郡泰晤士河畔的金斯敦去世，享年85岁。与他一起获得诺贝尔奖的科马克也早在1998年5月7日去世。在同一时空的不同国度发明计算机断层扫描的两位宗师就此陨落，但他们的光辉仍然不朽。为了纪念亨斯菲尔德在计算机断层扫描中做出的巨大贡献，人们以他的名字命名了CT值的单位，也就是“HU”（Hounsfield Unit）单位，它也被称为“亨氏单位”。

亨斯菲尔德的同事评价他是一个谦逊、安静、乐于助人的人。他的人生旅途在他1983年参加母校图书馆的开馆庆祝活动时对学生们的讲话中得到了完美的总结：“每一项新发现都带来了未来发明的种子。有很多发现可能就在转角处，只等待着有人把它们带到生命中来。”虽然亨斯菲尔德与科马克都没有高大恢弘的纪念碑，但如今遍布世界各地医院、挽救无数中枢神经系统疾病患者生命的CT扫描仪，无一不是记载着他们卓著功勋的不朽“丰碑”。