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读图时代：我要一双透视之眼  

下

1.

（接上）说了这么多，很多人可能还是云里雾里的，到底核磁共振是咋回事儿呢？我们打个比方，广场上有一群大妈，都是杂乱无章的，脸朝着哪个方向的都有。大喇叭一响，要开始跳广场舞了，一大群人立刻站得整整齐齐，脸都朝着大喇叭方向。人体里也有大量的原子，氢离子特别多，毕竟这是水的主要成分。氢的原子核就是一个质子，这个质子有磁性，就像一个小磁针一样。外界一施加强磁场，氢离子就排列得整整齐齐的。

2.

这时候给这些质子施加一个特定频率的无线电波，恰好和这些质子产生共振，质子被拉升到了高能态。就好比大喇叭开始放音乐了，大妈们一个个都开始跳了，而且跳得都很high。等到音乐一断，大妈们全都泄了气了，都开始慢下来了，又开始变得自由散漫，脸朝什么方向的都有。核磁共振跟这个过程差不多，一旦外界的电磁信号撤了，氢离子也就逐渐恢复到自由散漫的状态，从高度整齐划一到变得乱七八糟，这个过程会释放出能量，也就是光子。这些光子，我们是能探测到的，这些光子携带着身体内部的信息跑了出来，我们可以根据这些信息，恢复成一张图像。

3.

你也许会说，大脑里面那么多的氢原子，那么多的质子，即便是有光子释放出来，也都全混在一起了，你怎么能分得清呢？这是个好问题哦。其实这是有办法的。就拿给人脑部做核磁共振为例，首先是在周围产生一个不均匀的磁场，从上到下，磁场强度是不一样的。为什么要不一样呢？其实就是在给每个氢原子核拉弦，我们把每个氢原子核都理解为一根琴弦，拉得紧，共振频率就高；拉得松，共振频率就低。那么人往核磁共振仪器里一躺，从上到下，每一层拉弦的松紧都不一样。

我们发出一个频率的无线电波，并不是所有的氢原子核都跟着共振，只有某一层频率匹配的开始共振起来了，然后电磁信号撤销，这一层上的氢原子核开始释放光子，外边的传感器马上开始记录。然后，改变频率，该下一层了。就这么一层一层地来，最后就能拼出一幅完整的图像。

4.

所以，核磁共振和X光不是一码事，因为核磁共振并没有用到X光做外部照射。医学核磁共振主要依靠的是氢离子，也就是氢的原子核，也就是质子。这都是一码事。水多的地方效果就好，没水的地方就差一些。这个特征恰好和X光以及CT是相反的：骨骼反而效果不佳，但是骨骼上的那些肌肉、韧带，还有软组织，都可以看得清清楚楚。所以运动员受伤了，还是要用核磁共振去看的，看看是不是有韧带拉伤，看看肌肉是不是出了问题。骨头还是用X光或者CT去看吧，这二者是互补的。所以啊，医生让你两个都做可不是为了多收钱啊！

▲　核磁共振图像

5.

有了现代化的CT技术和核磁共振技术，现在的医生检查脑部的病变已经比哈维·库欣那个年代方便得多了，也精确得多了。因为现在的医生有了一双透视眼，能看穿人的颅骨，看穿大脑结构，这就是医学影像技术。医生们现在可以借助CT和核磁共振的数据汇总起来生成脑部的三维图像，可以去慢慢地研究、慢慢地确定手术方案。然后，在仪器的监控之下，给脑部动手术。

现代脑部手术用的工具是双极电刀，形状像个长长的镊子，顶部是电极，要通电的。脑子其实跟豆腐的质地差不多，比豆腐还要细腻。下家伙的时候需要小心加小心，能少切就少切。土耳其的医生亚萨基尔发明了利用专用显微镜辅助，顺着大脑结构的缝隙深入到脑子内部切除病变的技术，这就是所谓的“神经显微外科”。这种手段在库欣那个年代是无法想象的。

6.

当然，能不切最好是不切，对付帕金森或者癫痫，可以在脑子里安装电极，用人为的电脉冲来纠正脑子里错误的电信号。该在哪儿安放电极呢？还是要靠影像手段来确定。这种变革用“天翻地覆”来形容是一点儿也不为过。

核磁共振以及CT技术不仅对神经外科有巨大的推动作用，还对人脑的研究发挥了巨大的作用，所以说，这种医学影像技术是人类技术史上的一个里程碑。核磁共振不仅用在医学诊断上，在制药方面也有很大的作用。20世纪80年代，在约翰·芬恩、田中耕一和库尔特·维特里希这些科学家的共同努力下，成功地解决了生物大分子的核磁共振波谱测量技术，这对于生物学和医学基础理论研究都有不可估量的意义。他们的成果几乎立即就对生物制药领域产生了深刻的影响，特别是在20世纪90年代对艾滋病药物的研制是有突出贡献的。他们也因此拿了2002年诺贝尔化学奖。核磁共振这个领域简直是拿奖拿到手软啊！

7.

当然，核磁共振也有麻烦。因为有强磁场，所以金属千万不能往里带的。曾经有不听话的，强行把轮椅带进去，结果被吸在机器上弄不下来了。这个磁场强到你没法想象。清理机器的时候能打扫出不少的金属物品，比如发卡别针之类的，还有不少硬币。

医用的核磁共振磁场强度大概分几档，一般是1.5T和3T的版本，单位是特斯拉。这个单位是非常大的。冰箱贴大概是5毫特斯拉，也就是1/200特斯拉。小号的核磁共振也比冰箱贴强300倍，你自己掂量掂量。

8.

不光是强磁场会对铁磁物质造成拉扯，强烈的电磁信号也会使得体内的金属感应出电流。要是装了个心脏起搏器，恐怕就要出麻烦。但是现在也在逐步解决这个问题，比如骨折打钢板，其实现在用的都不是钢板，而是钛合金的。钛合金是抗磁性的，问题不大。心脏起搏器也有抗核磁共振的型号。反正有需求嘛，肯定有人会在这方面下功夫，问题总会解决的。

核磁共振的机器往往都是庞然大物，动辄就好几吨。早期的机器起码有10吨重，后来变得轻了一点儿，起码也有2吨。因此，这东西是死贵死贵的，1000万都算是便宜的了，比最贵的劳斯莱斯还要贵得多。不过这和正电子发射断层成像相比，那就是小巫见大巫了。这东西和CT结合起来，叫作PET-CT，机器贵得不得了。

9.

CT只管形态学。说白了，这地方长了个瘤子，已经长出来了，我看见了。到了核磁共振，相对来讲，好一点儿。这个地方看上去密度没啥变化，但是好像元素的成分含量有变化，MR也能看出点儿端倪。PET就更厉害了，这个地方要长瘤子了，还没长出来，但是大量的营养正在往这儿送，这都能看出来。

这东西需要借助一种特殊的制剂，叫作氟代脱氧葡萄糖。就是说，用一个氟原子代替了氧原子。其中的氟元素不是一般的氟，而是带放射性的氟-18。如果发生了放射性衰变，这个氟-18就会衰变成普通的氧原子，这个氟代脱氧葡萄糖分子就变回了普通的葡萄糖。

10.

这种东西跟葡萄糖很类似，在普通葡萄糖里面掺一点儿，然后打进患者体内，这东西就会跟着葡萄糖一起走。氟-18是会发生β衰变的，也就是会不断释放出电子。一般的电子扔出来也就扔出来了，偶尔扔出一个正电子。这东西可是反粒子哦，走不了几步遇到正粒子就会发生湮灭，然后释放出两个光子。光子的频率很高，达到γ射线的级别，穿透力很强，根本不拐弯，直接穿透人体跑出来。

那么好了，我们在患者周围摆上一圈探测器，这两个光子一定是方向完全相反跑出来的。我们以前在讲量子的时候讲到过，假如探测器同时抓到了两个光子，我们就认为这应该是两个正负电子湮灭时产生的那一对，那么这两个传感器之间的连线中点大概就是正负电子湮灭的地方。我们用这种办法就能知道葡萄糖正在何处聚集、如何分布。用这招不仅能检查癌症，还能检测到早期的阿尔茨海默症。

▲　正电子发射计算机断层扫描（PET）原理

11.

氟-18的半衰期是109.8分钟，也就是说，过几个小时，体内的氟-18也就消失得差不多了。虽然要往身体里打进放射性的物质，还是有些麻烦的，不过辐射量还是要小于CT。现在的PET都是和CT或者MR玩个一体机，合二为一，数据也是联合使用的，所以这东西还是蛮贵的。

有便宜的吗？有啊，X光机便宜啊，几万块就能玩儿啦。你要是觉得X光机不安全，不能长期玩儿，没关系，还有一种相对比较安全的选择，那就是B超，这东西也不算贵。

12.

超声波影像技术是X光和核磁共振之外的另外一种影像技术，这东西说起来话就长了。人类第一次发现超声波这种东西，是从蝙蝠那里。这时候人类才发现，原来20000Hz以上的声音人耳是听不见的。我自己用发声的APP测试过，16000Hz，我的耳朵就听不见了，但是有些人耳朵能听见，20000Hz是绝大部分的人都听不到的。

后来电子技术有所发展，人类已经可以制造出振荡器，产生高频的正弦波。但是，人类却缺乏一种把高频交流电变成超声波的装置。

有人说，喇叭不就是把电信号变成声波的东西吗？没错，但是喇叭的振动频率是有限的，根本达不到超声波的波段。要想达到这个波段，靠电磁喇叭是够呛。这个问题被居里先生无意之中解决了，居里先生那时候还没见到居里夫人。1880年，他和他哥哥两个人一起发现了“压电效应”。

13.

如今的一次性打火机就广泛应用了压电效应。你按下按钮，会拉动一个弹簧，到最后一刻突然释放，重重地敲在一块压电陶瓷材料上。这一锤子下去，压电陶瓷产生了一个非常高的电压，爆发出一个电火花，点燃了丁烷气。这就是打火机的基本原理。压电效应就是说，特殊材料受到压力的时候，两端会产生电荷。

1881年，他们又发现了逆压电效应。那就是压电材料的两端通电，这块材料会产生机械变形。这东西只要通上高频交流电，就可以把电信号转换成声音信号。利用压电效应也可以把机械振动变成电信号，于是收发超声波的器件基本解决。

14.

1931年，穆尔豪瑟开始用超声波探测金属内部的伤痕，一边发射超声波，一边接收回波，就可以探测到金属内部缺损。1935年，苏联人索克罗夫走得比他更远，他完整地提出了超声波照相机的构想，用来探测金属内部的缺损。“二战”期间，大家研发声呐对付水里的潜艇，所以才会下功夫研究超声波技术。因此，早期的超声波诊断装置怎么看着都像是军用设备。

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英国出生的约翰·怀尔德看到很多人被德国的V-1导弹爆炸的弹片击中，肠子被打坏了。他见过用超声波来诊断金属内部的缺陷，因此他才想把超声波应用到肠子的测量方面。他在1949年曾经用超声波来测量肠道组织的厚度。早期设备的分辨率是很差的。到了1951年，他获得了振动频率在5兆的超声波设备，这个频率相当高，分辨率很不错。他开始用这个频率的超声波来识别人肚子里的肿瘤，反正是在软的地方特别好使。尽管他不是第一个把超声技术用于人体诊断的，但是还是被推崇为“超声诊断之父”。

16.

早期的超声波诊断一点儿都不直观，其实就是记录反射波的波形。比如说，拿个探头顶在脑袋上。看回波的波形，一开始就是一道高峰，声波出了传感器直接碰到颅骨上，这是碰上骨头了反射回来的；后边跟着一连串杂波，这是脑子里边的肿瘤反射回来的；后边再接一个峰尖，这是左右脑之间的空隙；然后再接一个高峰，这是撞到另一边的脑壳反射回来的回声。看来，你脑子里长瘤子啦！准备动手术。

这种设备就是所谓的“A超”，A超只能知道一条线上的回波，现在基本不用啦。现在怎么也得上个B超啊。1951年，B超被发明了。现在给孕妇做产前检查，经常会用到B超。B超就能知道一个横截面上的回波了，也就是一幅二维断层扫描的图像。要是选取的位置比较合适，就能看见胎儿比较完整的轮廓。

17.

声波是有多普勒效应的。别忘了人血管里的血液在流动哦，要是声波碰上了这些流动的液体，反射回来的声波频率就会发生改变。通过频率改变的幅度就能知道血液流动的方向和速度。把这些信息叠加在超声波的图像上，额外用红色、蓝色标记出血流方向，这就是所谓的“彩超”，学名叫作“D型超声波”。有经验的大夫一看屏幕，哎呀不好，看这个胎儿的血流情况，脐带缠脖子了，赶快处理。

18.

1957年，出现了相关论文。1959年，有人制造出了D型超声波仪器。1964年，开始用多普勒技术探测胎儿的血管状况。1973年，约翰逊开始用D型超声波来诊断心脏室间隔缺损。对于心脏这一坨肉，还就是超声波特别管用。到20世纪80年代，开始利用D型超声波技术来获取血管造影图，这种方式是不需要往血管里打造影剂的，毕竟造影剂有可能造成问题。这就是超声波技术的优点—伤害极低，你反复多做几次问题不大。

现在，超声波的三维成像技术也已经比较成熟了。利用这种技术，有很多小宝宝还没出娘胎就已经拍摄了人生第一张照片，留下了永久的纪念。

▲　 超声波医学影像

19. 杀青段

现在这种技术主要是用来诊断胎儿缺陷的，拍照拍视频只是副业。

当然啦，也还有一些直接用肉眼观察的技术，比如内窥镜。在电子技术高度发达的今天，已经可以把摄像头做到火柴头大小，然后放进人体，医生就在外边看着这个摄像头发回的图像，这都不是很难的事情。

现代医学多多少少和古代有一点儿对照关系。古人吃药，现代人也吃药。古人动刀子、动手术，现代人也动手术，尽管水平天差地别，但是总还有点儿呼应关系。唯独医学影像这个学科是个完全的突破，这完全是因为影像医学是建立在现代工业基础之上的。没有现代发达的电子工业，没有现代信息技术的加持，就不可能有先进的影像医学。

我们现在就生活在一个工业社会之中，即便是有人想回到田园牧歌的过去，恐怕也是不太可能的。工业时代的好处我们享受着，工业时代的麻烦，我们往往始料不及。

👣👣👣👣请继续 不监管哪来公信力👣👣👣👣