书城科普读物科学伴你行——杏林春秋
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第4章 医疗器械(2)

伦琴不知道这是哪里漏出来的光,他在黑暗的屋子里找来找去,也没有找到一处漏光的地方。最后他把阴极射线管的电源切断,闪光消失了。看来这个闪光跟阴极射线管有关。他取来一张黑纸,又在它外面包裹上一层。再打开电源,闪光又出现了。他用一本厚书挡在管与纸之间,闪光仍然存在。伦琴划了一根火柴,才看清这是一张涂了荧光材料的纸。伦琴开始明白了,一定是从阴极射线里发出了一种看不见的射线,是这种射线使荧光纸发光的。他知道自己偶然遇上了一项重大的发现。

为了进一步进行研究,他在实验室里连续工作了6周。他知道从阴极射线射出的一种看不见的未知射线,这种射线有强大的穿透能力。玻璃、橡胶都挡不住。他把荧光纸放到隔壁实验室,这张纸仍然闪闪发光。这说明射线具有强大的穿透力。后来,他又用各种金属进行实验。发现除了铅和铂以外,其他的金属都能被穿透。

这真是一种了不起的未知射线。伦琴给他命名为X射线。后来,科学界为了纪念伦琴把它命名为伦琴射线。

一天,伦琴对仆人说请维林盖尔医生来。仆人涅色木克担心地问:“教授先生,您是不是生病了?”因为这几个星期以来,教授一直在实验室里工作。

伦琴对于这种关心的询问没有回答又继续说:“还要把瓦格涅尔工程师请来,对了,还有那条狗,我同样也需要它。”

一小时以后,医生急忙来到教授的实验室,看到伦琴高兴地迎接他,才喘了口长气,把急救的药箱放在一旁。瓦格涅尔工程师也一起来了。矮脚狗摇着尾巴在大家面前走来走去,认为一定又会有一顿美餐了。

面对着大惑不解的医生、工程师,伦琴清瘦的脸上现出了笑容。他说:“今天,我请你们来帮忙做一个奇妙的实验。这里有18块包着黑纸的感光板,请瓦格涅尔工程师把它摆成一个和小狗身体一样大的长方形,请医生把狗牵过来让它躺在感光板上。”

他还嘱咐仆人不能让任何人进来,就开始实验了。医生轻轻地抚摸着小狗让它安静地躺在感光板上。伦琴把阴极射线管放在小狗的肚子上,并安慰地对小狗说:“忍耐一点,你正对科学做出巨大的贡献。”

“一、二、三、四、五。”伦琴在接通电源后慢慢数着,随即就关掉了电源。

“好,行了!”教授把小狗抱离工作台,对小狗说:“你的活儿完了,奖你一块糖。”于是小狗快活地摇摇尾巴。

“现在该您了,瓦格涅尔,请按顺序把感光板在暗室里显影。注意,顺序一定不要搞错。”

瓦格涅尔十分诧异,因为,感光板一直用黑纸包着没有露光,怎么会冲洗出影像来呢?

伦琴神秘地对这位助手说:“但愿你能看到一些意想不到的东西。”伦琴和医生在暗室外面静静地等着,终于,暗室的门打开了。

“教授先生!”风格涅尔惊叫着,用他那颤抖的双手把刚刚显过影的、湿漉漉的感光板拿到到光亮处,“这是您那爱犬的脊椎骨的图像!”此时,最激动的是维林盖尔医生。他们把达克斯的骨骼的图像像拼图玩具一样的拼接起来,一个S形的完整椎骨影像就出现在他们面前了。维林盖尔医生指着图像上的一块有4个小白孔的黑色圆斑说:“达克斯的胃里有一枚纽扣!”

伦琴夫人对于离家只有咫尺之遥而6个礼拜不回家的教授十分恼怒。这天,她决定亲自去送饭。沉默寡言的伦琴无论如何也解释不清楚,就把妻子的手放在一块感光板上,为她拍了一张X光相片。

当他的妻子看到自己秀美的小手只剩下骨骼的时候,不禁大吃一惊。上面还有一枚伦琴送给她的结婚戒指。

伦琴夫人幸福地笑了。她知道这是她一个多月来独守空房的代价。为了全人类,这个代价是值得的。

X射线发现才4天,美国医生就用它找出了病人腿上的子弹。企业家蜂拥而至,出高价购买X光射线技术。50万,100万,出价越来越高。“哪怕是1000万,”,伦琴淡淡的一笑答道:“我的发现属于全人类。但愿这一发现能被全世界科学家所利用。这样,就会更好地服务于人类……”因此,伦琴没有申请专利权。他知道,如果这项技术被一家大公司独占,穷人就出不起钱去照X光照片。爱迪生得知这个消息后深受感动。他为接收X光发明了一种极好的荧光屏,和X光射线管配合使用,也没有申请专利权。为了奖赏伦琴在科学上的贡献,巴伐利亚贵族院准备授予他王室勋章及贵族封号。但是伦琴不愿意用贵族来玷污自己的名字,他不顾一些势利小人的恶意诽谤,拒绝接受这一贵族封号。

在诺贝尔逝世五年以后,首次颁发他所奠基的诺贝尔奖。伦琴是第一个获物理奖的人。他高兴地接收了诺贝尔奖金,但是却把数额为5万瑞典克罗纳的奖金转赠给沃兹堡大学。

CT扫描仪

伦琴发现了X射线为人类带来了福音,特别是在征服肺病上立下了汗马功劳。但是,X线透视在诊断肿瘤的时候,就常常力不从心了,原因是人体是立体的,照在一张平面的底片上,影像就会互相重叠,前面的影子挡住后面的影子,就分不清楚毛病到底出在哪里,这件事情引起了美国物理学家科马克的思考,科马克出生在南非,1955年他在一家医院照管放射科的工作,他不是医生,但是按照南非的法律,医院在进行放射性治疗的时候必须有物理学家的监督。科马克很快就对癌症的诊断和治疗发生了兴趣,他也发现了X射线在诊断上的缺点,由此萌发了一个要改进放射治疗的念头。

不同的器官、组织的密度不同。例如,水的密度就和肌肉的密度不同,体内发生了某些病变后,如炎症和肿瘤,它们的密度和正常的部分不同,X射线透过这些密度不同的组织后,强度就会变化,反映在荧光屏或胶片上会出现不同的阴影。

假如,一棵树上的影子挡住了后面的东西,我们就看不到它的影子,怎样才能看到它的影子呢?等到太阳转一个方向后,我们就能看见树后面东西的影子,这是一般的常识,所以,不断改变X射线源位置,多次显影就可以解决影子重叠的问题,这就是X射线断层扫描仪(简称CT)的基本原理。

1956年,科马克首先研究各种物质对于X射线吸收量的数学公式,他开始用铝和木头制成圆柱体做实验,然后逐渐过渡到人体模型,经过十几年的研究,他初步形成了一套理论体系。但这些基本上是属于业余爱好。

科马克并没有把这件事进行到底,因为把这个思想付诸实施有一定的困难,最后制成CT扫描仪的人是英国的豪斯菲尔德,他1918年出生在英国的农村,从小就喜欢动手,13岁的时候就用一些零件制成了一台电唱机,15岁时制成一台收音机。1951年,他在电气工程学院毕业后不久就主持研究英国第一台晶体管电子计算机,因此他是一位计算机专家,正是因为如此,他才可能在X射线的新技术的研究上获得重大的发明——CT。

当我们去用CT检查头部的时候,X射线管在患者的头部旋转,在头的下方放置许多接收器,X射线从各个角度,各个方向来进行投影,投影的角度越多,关于人体的信息就得到的越多。

问题是如何把这些信息处理好,重组出人体的真实图像,这就要用到计算机。

豪斯尔菲德精于计算机,他曾经研制出一台能识别印刷字体的计算机,他把接受器得到的信号输入到计算机中,存贮起来,然后进行分析和计算,最后显示出一张张清晰可见的反映人体内部各个断层的图像,比一般的X光照片的分辨能力要高100倍,就是直径只有几个毫米的肿瘤也可以看见。CT扫描技术很快就得到世界的公认,有人说,没有CT扫描仪,现代的神经内科和神经外科根本就无法工作。

1979年,豪斯菲尔德和科马克共同获得诺贝尔生理学及医学奖,他们两个都不是学医学的,而且学历上没有读到博士,他们都没有想到自己会获得诺贝尔奖,因为他们不是为获奖而工作,他们的功绩,人类永远不会忘记。

心电描记器

“那些像我一样曾用这种仪器进行实验的人,都被当成从事秘密研究的危险人物。人们认为,病人的命运是不能交给这样的危险人物的。”当英国著名的心脏病专家希尔爵士于二十世纪二十年代的后期开始其医学生涯时,心电描记器还是一种新鲜可怕的玩意儿。但是它很快就使我们知道心脏(包括健康的心脏和有病的心脏)是怎样工作的,改变了我们以前的看法。现在它已成了检查心脏病患者的常用的仪器,用以估计病情的严重程度和病后恢复的情况。

心电描记器,是爱因索文于1903年发明的。他于1860年出生于西印度群岛,1885年取得医生资格。他的第一项发明是弦线电流计。在弦线电流计中,在一个磁场的两极之间悬有一根很细的镀银的石英丝。在电流通过时,石英丝(或弦线)便摆动到一定的位置(在与磁力线垂直的方向上)。这种精巧的装置特别适合于测量极其微弱的电流,例如肌肉收缩时产生的电流。大约在50年前,两个德国科学家已发现青蛙的心脏产生电流,而爱因索文则决定研究人类心脏的电活动。

他发现,通过把电极置于一个病人的手臂和肌腱上的方式能探测到心脏向全身泵送血液时通过心肌的电脉冲。他还想出了一种记录下这种电流的绝妙的方法。他使弦线电流计的弦在偏移时挡住一束光,在纸上留下阴影。用一条长长的感光纸,并让其不断地移动,他就能够画出心电图——伴随心脏肌肉活动的电活动的连续记录。1924年(即他逝世前三年),爱因索文荣获了诺贝尔奖金。

铁肺的功能

铁肺是能发挥人体的某种重要功能的最早医疗器械,有了它,某些原来会死的人就可能得救,铁肺可代替负责呼吸的肌肉进行工作。