X光、CT、(核)磁共振……我們?cè)卺t(yī)院里容易聽到的名詞。就是它們，在最近的一個(gè)世紀(jì)陸續(xù)向我們走來(lái)，為疾病患者帶來(lái)福祉。

1895年11月8日夜，德國(guó)物理學(xué)家倫琴(1845～1923)發(fā)現(xiàn)了X光。第二年初，X光的穿透性就“立竿見影”：美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的一位教授首先從一張X光照片中發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)的異物——獵槍誤傷者體內(nèi)的霰彈。1900年，X光開始用來(lái)治療疾病——狼瘡和上皮癌。從此，X光就為診治疾病“建功立業(yè)”，直到100多年以后的今天，依然“老當(dāng)益壯”，魅力不減。

1914年，愛迪生的助手威廉·戴維·庫(kù)利奇(1873～？)發(fā)明了熱陰極高真空管，它逐漸取代了原來(lái)的離子型X光管，使X光照相術(shù)逐漸進(jìn)入了實(shí)用階段。而美國(guó)物理學(xué)家湯姆遜(1853～1937)則是改善X光管和X光照片的先驅(qū)。

但是，人們很快就發(fā)現(xiàn)，用X光拍攝，只能得到平面的黑白照片。于是就千方百計(jì)加以改進(jìn)。

1927年，一位醫(yī)生發(fā)明了在血管中注射碘化鈉(NaI)的造影法，應(yīng)用于X光診斷。

借助于20世紀(jì)50年代的X光電影攝影術(shù)及視頻磁帶錄像，科學(xué)家們開辟了二維空間X光分辨力的研究。

20世紀(jì)60年代，美國(guó)女博士洛根將加大的慢速X光管用于檢查乳房腫瘤，而此前的快速X光管一直對(duì)此無(wú)能為力。

1961年，美國(guó)奧登多佛提出電子計(jì)算機(jī)X光體層術(shù)理論，最終導(dǎo)致XCT的誕生。

CT的全文是computed tomography，XCT就是“電子計(jì)算機(jī)X光斷層成像”(裝置)的外文縮寫，也就是我們經(jīng)常簡(jiǎn)稱的“CT”。

美國(guó)圖夫茨大學(xué)的美籍南非理論物理學(xué)家科馬克(1924～1998)，于1955年受聘到南非開普敦市一家醫(yī)院放射科工作。1964年，他在南非發(fā)明了“科馬克算法”：把一個(gè)物體的許多投影重新組合成這個(gè)物體的斷層圖，解決了XCT的數(shù)學(xué)理論問(wèn)題。他還專門做了實(shí)驗(yàn)?？岂R克解決這個(gè)問(wèn)題的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，是1917年奧地利數(shù)學(xué)家拉東(1887～1956)在積分幾何研究中引進(jìn)的一個(gè)變換。

在英國(guó)EMI公司試驗(yàn)中心工作的英國(guó)科學(xué)家豪斯菲爾德(1919～)，根據(jù)他于1967年設(shè)計(jì)、發(fā)明的XCT的主體部分，和神經(jīng)放射學(xué)家阿姆布魯斯等協(xié)作，在1971年9月造出第一臺(tái)XCT，并在1971年10月4日首次在英國(guó)倫敦郊外的阿特金森-莫利醫(yī)院用于人顱腦檢查。次年4月，兩人在英國(guó)放射學(xué)年會(huì)上報(bào)告了XCT的誕生和臨床應(yīng)用價(jià)值。1976年，這種儀器在萊德利的改進(jìn)之下，已經(jīng)用于全身檢查。

1979年，科馬克和豪斯菲爾德獲得諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。此時(shí)XCT已經(jīng)生產(chǎn)出1 000多臺(tái)。據(jù)說(shuō)，XCT現(xiàn)在已經(jīng)改進(jìn)到第五代。

那么，XCT的工作原理，或者說(shuō)它的創(chuàng)新之處是什么呢？

當(dāng)帶電粒子穿過(guò)無(wú)機(jī)晶體(如碘化鈉)、有機(jī)晶體(如奈)、有機(jī)液體(如甲苯)和一些有發(fā)光劑的塑料的時(shí)候，粒子徑跡的周圍就會(huì)發(fā)出熒光脈沖。這個(gè)脈沖叫“閃爍”，這些物質(zhì)叫“閃爍體”。把這一脈沖引到光電倍增管的陰極，則對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極就會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的電脈沖，從而可記錄下這些電脈沖。

剩下的問(wèn)題是：用什么帶電的粒子來(lái)轟擊物體，從而獲知這個(gè)物體的參數(shù)，以及怎樣把它“翻譯”出來(lái)。

科馬克首先完成了這個(gè)創(chuàng)新——用上面提到的科馬克算法。XCT用一束X光穿過(guò)人體，在對(duì)面由閃爍體接受閃爍次數(shù)的多少、吸收情況等，從而反映出人體組織的密度。再用科馬克算法由電子計(jì)算機(jī)繪制出人體斷層，診斷出人體組織的情況，從而發(fā)現(xiàn)是否有疾病。

XCT還把X光的黑白平面圖像，發(fā)展到黑白立體圖像和彩色立體圖像。

CT的“兄弟姐妹”中，后來(lái)還增加了“超聲波CT”(ultrasonic CT)、電阻抗CT(electrical impedance CT)、單光子發(fā)射CT(sin-gle photon emission)、嘎馬發(fā)射CT(即γECT或ECT)、正電子CT(即PCT)、(核)磁共振CT(magnetic resonant imaging CT)等。這些利用“閃爍技術(shù)”的、能明察秋毫的各種CT，不只是用于醫(yī)學(xué)，還用于找礦、制造、農(nóng)業(yè)、食品、反應(yīng)堆組件的無(wú)損評(píng)估、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈等部件及鋼板焊縫的無(wú)損檢測(cè)、水泥制品的質(zhì)量檢查等領(lǐng)域。

核磁共振CT，又稱為“核磁共振成像”即MRI(magnetic reso-nance imaging)，常被人們簡(jiǎn)稱為“磁共振”。MRI和XCT相比，不是利用電離輻射成像，用于醫(yī)學(xué)診斷的時(shí)候，比XCT更好：不殺傷人體細(xì)胞；不僅可以得到密度圖，還可以得到密度、T1、T2三幅圖；更能分辨軟組織；能穿透骨骼；分辨率優(yōu)于0．3毫米。當(dāng)然，MRI也有局限：體內(nèi)有金屬或起搏器的病人不適于這種檢查，患幽閉癥的人也難以經(jīng)受這項(xiàng)檢查。

MRI也是許多科學(xué)家創(chuàng)新才制成的一個(gè)“千人糕”。

1924年，奧地利物理學(xué)家泡利(1900～1958)首先發(fā)現(xiàn)了某些原子核具有核磁共振的特性。1946年，哈佛大學(xué)的美國(guó)物理學(xué)家珀塞爾(1912～1997)和斯坦福大學(xué)的美籍瑞士物理學(xué)家布洛赫(1905～1983)，各自獨(dú)立用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了核磁共振現(xiàn)象。他們還解決了一些相關(guān)的問(wèn)題，使之走向?qū)嶋H應(yīng)用，從而雙雙榮獲1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

繼1967年杰克遜首次在活體中得到核磁共振信號(hào)以后，美國(guó)科學(xué)家達(dá)馬丁在1971年首先提出核磁共振可能成為診斷腫瘤的工具的設(shè)想。達(dá)馬丁在1977年制成MRI樣機(jī)得到自己的手腕圖像以后，在1980年制成了第一臺(tái)成熟的MRl。

大致在同時(shí)，美國(guó)的保羅·勞特伯(1929～)和英國(guó)皮特·曼斯菲爾德(1933～)也在進(jìn)行MRI的研究。

勞特伯的發(fā)明是，在1973年把梯度引入磁場(chǎng)中，從而創(chuàng)造了一種用其他手段看不到的二維結(jié)構(gòu)圖像；他還發(fā)明了今天稱為“平面反射波掃描”的技術(shù)——通過(guò)快速的梯度變化可以得到轉(zhuǎn)瞬即逝的圖像。這被稱為“勞特伯算法”。但是，一家雜志的主編卻不發(fā)表勞特伯的論文，于是他又把論文寄給這家雜志的一個(gè)編委。最后采取了折中方案——發(fā)表論文摘要。

曼斯菲爾德的貢獻(xiàn)是，利用磁場(chǎng)中的梯度更為精確地顯示核磁共振中的差異，使核磁共振技術(shù)達(dá)到實(shí)用水平。由于這兩人對(duì)MRI應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大貢獻(xiàn)，他們分享了2003年的諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。

核磁共振的發(fā)現(xiàn)，帶來(lái)的不僅是物理學(xué)“嫁接”醫(yī)學(xué)的、用于診斷疾病的MRI，以及這種不同學(xué)科“聯(lián)姻”的啟示，還有其他許多成果。例如，瑞士的里查德·歐內(nèi)斯特(1933～)，就因?yàn)榘l(fā)明高分辨率的、劃時(shí)代的NMR分光技術(shù)，獨(dú)享了1991年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。而他的同胞庫(kù)爾特·維特里希(1938～)也因?yàn)閷?duì)核磁共振技術(shù)等方面的貢獻(xiàn)，成為2002年的三位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主之一。

MRI有三個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。一是對(duì)人體基本上沒(méi)有傷害。二是能得到逼真的三維圖像——醫(yī)生看人體內(nèi)部就像看“超市”中的商品。三是可以看動(dòng)態(tài)(例如血流)、看功能。

但是，MRI也有三個(gè)缺點(diǎn)。一是有的情況不能做，例如有些安了心臟起搏器的病人。二是病人被放在狹小的空間內(nèi)，容易產(chǎn)生幽閉恐怖感。三是目前成本高，不普及。

不過(guò)，上述第二個(gè)缺點(diǎn)在近年得到了一定程度的克服。2005年，德、美兩國(guó)科學(xué)家成功地把龐大的MRI縮小到手提箱大小，而且不必讓檢測(cè)對(duì)象處在它的磁場(chǎng)的包圍之中，這就避免了被檢查的病人的幽閉恐怖感。

近年，利用X射線又有了一項(xiàng)新的分析技術(shù)——“X射線熒光技術(shù)”(MXRF)?！癤射線熒光”，是指受X射線(“照射光”)照射激發(fā)之后發(fā)出的“次級(jí)X射線”——它與“照射光”的波長(zhǎng)和能量都不同。由于X射線熒光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，分別取決于物質(zhì)中元素的種類和含量，所以利用這個(gè)規(guī)律，就可以檢測(cè)出物質(zhì)中元素的種類和含量。

利用MXRF，可以進(jìn)行宇航探測(cè)——例如美國(guó)科學(xué)家進(jìn)行了小行星探測(cè)；可以進(jìn)行考古研究——例如中國(guó)科學(xué)家分析出秦始皇兵馬俑的燒制溫度在850～1 030℃之間；可以用于刑事偵破——例如利用手指和物體接觸后留下的汗液蒸發(fā)之后的鹽分，來(lái)重現(xiàn)指紋。這項(xiàng)技術(shù)還用于工業(yè)生產(chǎn)、古文物和字畫真?zhèn)舞b定等許多領(lǐng)域。

以上探測(cè)技術(shù)，都多少要向探測(cè)對(duì)象發(fā)射出放射性物質(zhì)，有的會(huì)傷害探測(cè)對(duì)象。而應(yīng)用約瑟夫遜效應(yīng)的干涉器件技術(shù)(SQUID)則只“探測(cè)”，不“發(fā)射”。1969年，SQUID已經(jīng)首次用于檢測(cè)微弱生物磁場(chǎng)。用SQUID得到的“腦磁圖”，將廣泛用于醫(yī)療臨床。