215｜放射性（2）：物理学如何推动医学影像学进步？

放射性是一柄双刃剑，既能威胁健康，但也能促进医学的发展。

我是孙轶飞，欢迎来到《医学文明300讲》。

昨天我们讲到了二十世纪早期，因为对放射性的滥用导致了一系列灾难性的后果。但如果对放射有科学的认识、谨慎合理地使用，它同样会极大地促进医学的进步。

今天的医学时时处处都能见到对放射性的应用，比如我们之前在问答里讲到的可以发现幽门螺杆菌感染的呼气试验，就是安全合理地利用放射性的例子。

事实上，放射性在医学领域应用之广泛，可能超乎你的想象。今天我们就来认识一下放射性对医学影像学的积极促进作用。

伦琴公开X线技术

故事依然要从发现X线的伦琴讲起。

昨天讲过，伦琴在1895年给妻子的手拍了一张模糊的X线照片。很快他就又拍了一张清晰的，这一次照片的主人公是阿尔伯特·科利克（Albert von Kölliker，1817-1905），这两张照片经常被人搞混。

值得一提的是，科利克也是十九世纪伟大的老师约翰内斯·穆勒的学生，在解剖学、生理学和组织学都做出了极其重要的贡献。某种程度上说，从X线被发现的那一刻起，医学家就已经参与其中了。

伦琴对自己的发现毫无保留，他不但没有申请专利，还在论文里把这项技术的全部信息都公布了出来。制造X线的设备并不复杂，对相关领域的研究机构来说属于基础设备，所以在伦琴的论文发表之后，全世界的医生和科学家都可以很轻松地获得X线。

昨天我们讲到，美国医生格拉比在1896年1月就进行放疗了，也正是在这个月里，报纸上已经刊登了关于X线的介绍。

在医学界推广之前，媒体就已经清楚地看到了X线的价值，因为谁都看得出来，X线摄影技术能在不打开人体的情况下清楚地看到骨骼，所以报纸上宣称“这项技术毫无疑问能给骨关节伤病的诊断和治疗指明一个新的方向”。

琼斯与骨科影像的早期应用

得知这个消息之后，英国骨科医生罗伯特·琼斯（Robert Jones）立刻找物理学家帮忙，开始组装X线发射设备。

很快他接诊了一位20岁的手腕被枪打中的病人，琼斯医生马上用X线拍照，对子弹进行了定位，虽然他笨手笨脚地花费了两个多小时，但这个病例非常直接地证明，X线摄影技术可以让骨科医生在手术前充分了解病情并制定手术方案。

此后，琼斯医生一直努力推广X线技术，并被认为是英国医学影像学的奠基人。有一次，琼斯医生扭脚了，他给自己拍了片子以后发现，自己是第五跖骨基底部骨折，并把这个类型的骨折命名为“Jones骨折”。

当然，这个故事只是那个时代骨科发展的缩影，正是在新技术的推动下，骨科医生有可能对骨折进行更细致的分类了。

从静态照片到动态透视

听到这可能有人想问，伦琴可以用X线拍摄照片，但照片毕竟只能显示一个角度，如果能让影像动态显示，就可以观察到实时的动态影像了，这项技术是不是隔了很久才出现呢？并没有。

伦琴发现X线是在1895年，1896年美国发明家爱迪生就发明出了早期的X线透视装置，他把一种荧光材料涂在纸板上，当X线穿过人体后照射在这种纸板上，就能形成肉眼可见的动态影像。

这项技术的优点在于，可以对人体结构的空间位置关系进行更准确的观察，缺点在于要让被检查的人一直处在放射线的辐射下，所以有接受过量辐射的风险，而且早期的X线透视清晰度也不够高。

早期争议与设备进步

必须承认，早期的X线技术依然是一门不够成熟的新技术，很多医生并不能正确使用它，导致不少病人因为错误操作而接受了过量辐射。

同时，医学界也有学者认为，X线对诊断起到的作用十分有限，医生不应该过分依赖它。结果，在刚进入二十世纪时，美国有不少外科医生因为X线技术遇到了医疗纠纷，甚至连美国外科学会都认为，X线不应该作为骨折等伤病的常规诊断措施。

但是，正在医学界对X线进行反思的时候，这项技术本身也在突飞猛进地发展。比如1913年发明的X线真空球管，可以提供持续且稳定的射线。

类似的进步让X线的实用性大大增加，只不过它还需要一个契机，让全世界认识到它的巨大作用，而这个契机很快就来了，又是第一次世界大战。

居里母女与移动X线设备

在一战期间，一位法国女士意识到，应该让受伤的士兵尽快接受手术，才能得到最好的治疗效果。想要实现这个目标，就应该在前线设置野战医院，如果能配备X线设备就更好了，但此时还没有可移动的X线设备，于是这位女士准备自己发明一套这样的设备。

问题是，她能做到吗？能。毕竟她是此时全世界唯一拥有两项诺贝尔奖的人玛丽·居里。就这样，居里夫人自己购买设备、自学了解剖学和汽车知识之后，很快就研究出了能随时移动的X线设备。

在这个过程里，她17岁的女儿伊蕾娜·居里帮了不少忙，而伊蕾娜后来获得了1935年的诺贝尔化学奖，还在1948年为法国建立了第一个核反应堆。

这对诺奖母女的努力在一战发挥了巨大作用，X线让外科医生可以快速定位弹片和骨折的位置，不但缩短了诊断时间，更是能更准确地判断病情的严重程度，尽可能避免截肢。

当然，术前的准确判断也让手术过程更加顺利。

就这样，在一战的枪林弹雨里，X线促进了骨科的极大发展。在一战结束的1918年，英国皇家外科学院宣布骨科应该成为独立的学科。

战争与骨科分类的发展

对于全人类来说，世界大战是巨大的灾难，但对于骨科来说，战争带来的无数创伤却在客观上推动了学科发展。只不过骨科医生万万想不到，这样的灾难居然还有第二次，而且比一战更加惨烈。

在二战期间，X线设备的体积更小、图像也更加清晰，因此得到了普及。

这就意味着，医疗机构获得了前所未有的海量资料，之前的医生只是用X线判断具体病人的伤情，而现在则可以对大量病例资料进行汇总、分析和整理，这就不仅是治疗病人，更是可以总结规律。

就这样，二战造成的无数骨折病人，以及X线留下的影像资料让骨科医生对不同类型的骨折进行了系统总结，在二战之后建立了完善的骨折分类系统，并沿用至今。

从二战结束直到今天，骨科已经发展得相当庞大，细分出了脊柱外科、创伤骨科、关节外科、运动医学科等一系列分支学科，在这个过程里，骨科和影像学之间的联系也越发变得密不可分。

CT的设想与成像原理

接下来，我们聊聊发明CT的故事。

在二十世纪六十年代，英国电子工程师亨斯菲尔德（Godfrey Hounsfield，1919-2004）在偶然间有了个奇妙的想法，如果用X线从各个角度拍摄人体，然后把全部照片的信息用计算机汇总在一起，这样就可以知道人体内部的情况了。

这种技术不但成像更清晰，而且能观察人体的横截面。不难想象，想观察人体断层最直接的办法就是把人切开，解剖学家倒是经常这么干，但临床医生绝对想都不敢想，而现在亨斯菲尔德做到了。

你可以这样理解，病人在做CT检查的时候，身体会进入机器之中，而机器里的X线发射装置会围绕着病人进行360°旋转，一边转一边拍照片，然后把这些照片的信息像拼拼图一样，重建出一张张清晰的横截面图像。

从试验到临床应用

在想到这个原理之后，亨斯菲尔德先是做了一个小型CT机，并对人脑标本进行试验，然后他继续用牛的脑子，以及自己的脑袋做了试验。

在试验取得成功之后，CT机在1971年10月1日第一次被用在医疗实践之中。这一天，英国一家医院对一位脑囊肿病人成功进行了CT检查。

过了四年，亨斯菲尔德造出了更大的CT机，可以给病人进行全身扫描。又过了四年，亨斯菲尔德因为这项发明获得了1979年诺贝尔医学奖。

今天的X线摄影

最后，我们简单聊聊X线摄影、X线透视和CT这三项技术在今天的应用情况。

先说X线摄影。今天的X线摄影已经不再使用传统的胶片，而是数字化摄影系统，不但成像速度快、价格低，而且病人只需要接受一瞬间的X线照射，所以辐射计量非常低，因此得到了广泛使用。不管是大医院还是小医院，X线摄影都是最基本的设备。

透视检查与医护防护

那么，辐射量大的X线透视被淘汰了吗？并没有。

近年来，X线透视技术因为辐射量大，所以应用场景大大减少，绝大多数医院已经不把它作为常规检查来使用了。

但是它也有不可取代的优势，那就是能实时观察，所以在各种造影检查里，还是需要X线透视，比如消化道造影、输尿管造影等等。

当然，进行检查的医生也会特别重视辐射量问题，会尽量减少透视时间，并不会对患者造成严重的健康威胁。

特别值得一提的是，我们之前讲过的冠脉造影和冠脉支架，同样需要用到X线透视，而且这些操作跟刚才讲到的消化道造影不一样。

进行消化道造影的时候，病人在一间屋子，医生在另外一间屋子，但是在冠脉造影时，医生和患者在同一间屋子里，会一起受到X线照射。

对于患者来说，这点辐射没什么危害，但是医生要面对很多患者，辐射量积累起来就是问题了，所以进行这个操作的医生和护士都要穿戴着厚厚的防护服，不但沉而且不透气，可以说既是技术活儿又是体力活儿，一天下来汗水把防护服湿透是平常事。

CT的发展与检查选择

至于CT检查，现在的发展已经远远超出了亨斯菲尔德当初的设想，不但扫描速度大大提升，成像精度更是日新月异，更厉害的是，现在的CT不光能显示人体断层，更是能通过计算机技术对人体结构进行三维重建，医生可以在显示器上把某个器官或者结构进行各个角度的旋转，不但对病情的判断更准确了，而且应用范围也越来越广。

总的来说，不同检查有不同特点，具体需要用什么还是要从病情出发，专业的事情要交给专业人，看病的事还是要听医生的。

总结

对于放射性的研究引发了医学影像学的技术革命。伦琴发明了X线摄影技术，并获得了诺奖，而爱迪生在第二年就发明了X线透视技术。

此后，已经获得两次诺奖的居里夫人发明了移动X线设备，她的女儿、未来的诺奖得主伊蕾娜提供了很多帮助。在二十世纪七十年代，亨斯菲尔德发明了CT机，并因此获得了1979年诺贝尔医学奖。所有这些发明都极大地推动了医学影像学的发展。

思考题

你还知道哪些非医学类的基础发现推动医学进步的例子呢？

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好啦，今天的内容就到这里，明天见！