楊慶余

達(dá)馬迪安首先萌發(fā)了核磁共振成像的創(chuàng)意，隨后利用自己設(shè)計的儀器得到了世界上第一張活人胸腔核磁共振圖像。難以相處的剛毅性格使他在爭取科研資助時困難重重，最深的情愫和虔誠的信念支持著他繼續(xù)研究。

達(dá)馬迪安（R.Damadian），1936年出生于紐約市皇后區(qū)的一個普通工人家庭。他的父母特別喜歡小提琴，達(dá)馬迪安8歲時就顯示出音樂天賦，這時他的夢想是成為一名小提琴獨奏演員。15歲時，他以優(yōu)異的數(shù)學(xué)和科學(xué)成績贏得了福特獎學(xué)金（Ford Scholarship），這讓他改變了最初的夢想——最終，他進(jìn)入威斯康星大學(xué)主修數(shù)學(xué)，輔修化學(xué)。

達(dá)馬迪安10歲那年，祖母因癌癥去世，這對他觸動很大，年幼的他在心靈深處埋下了尋找治愈癌癥方法的種子。在威斯康星大學(xué)求學(xué)期間，他利用暑期做網(wǎng)球陪練來賺取學(xué)費。后來，達(dá)馬迪安進(jìn)入葉史瓦大學(xué)（Yeshiva University）新成立的阿爾伯特·愛因斯坦醫(yī)學(xué)院學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)。每天黃昏，他為一位名叫唐娜·特里（Donna Terry）的女子彈唱小夜曲，1960年達(dá)馬迪安從醫(yī)學(xué)院畢業(yè)時，他們喜結(jié)良緣。

畢業(yè)后，達(dá)馬迪安到布魯克林的下州醫(yī)學(xué)中心（Downstate Medical Center）任實習(xí)醫(yī)生。最令達(dá)馬迪安魂牽夢繞的醫(yī)學(xué)之謎是：腎臟如何調(diào)節(jié)血流中鈉的含量。后來，達(dá)馬迪安被挑選進(jìn)得克薩斯州布魯克斯空軍基地的醫(yī)學(xué)院。他對當(dāng)時還處于理論探索階段的“朝泵”（the pump）展開研究，這種生理機制不斷將細(xì)胞內(nèi)的鈉移出到細(xì)胞膜外，并同時將細(xì)胞外的鉀移入細(xì)胞膜內(nèi)。這些研究引領(lǐng)他開始閱讀一位有爭議的心理學(xué)者凌寧（G.N.Ling）的著作，凌寧正確地指出健康細(xì)胞與癌細(xì)胞中水的結(jié)構(gòu)是不同的。這使達(dá)馬迪安意識到：人類有可能通過檢查細(xì)胞的化學(xué)成分把癌細(xì)胞

核磁共振理論設(shè)想

1967年，達(dá)馬迪安作為助理教授回到下州醫(yī)學(xué)中心，在醫(yī)學(xué)系生物物理實驗室繼續(xù)做鉀的實驗，并幫助兩名學(xué)生完成其博士課題。這兩名學(xué)生是戈德史密斯（M.Goldsmith）和明可夫（L.Minkoff）。戈德史密斯是一個身材魁偉、性格敏感的人，與瘦小刻薄的明可夫在學(xué)術(shù)水平上不相上下。1969年1月，達(dá)馬迪安去大西洋城參加美國實驗生物學(xué)會聯(lián)合會的研討會，在那里遇到了醫(yī)學(xué)博士、物理學(xué)家科普（F.Cope）?？破帐橇鑼幍男磐?，已經(jīng)用磁譜儀對大腦和腎中的鈉進(jìn)行了實驗研究。所謂磁譜儀，是一種利用核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）原理測量粒子能量的儀器。

NMR起始于物理學(xué)家拉比（I.I.Rabi）。1937年，拉比發(fā)表了“回旋磁場中的空間量子化”論文，這篇文章提供了NMR的基本理論。拉比發(fā)現(xiàn)，原子核通常平行或反平行于磁場方向排列.施加無線電波能使原子核的朝向發(fā)生翻轉(zhuǎn)。強磁場中平行排列的原子核若受到適當(dāng)頻率的電磁波的轟擊，原子核吸收無線電波的能量后朝向就發(fā)生翻轉(zhuǎn)。這種新的弛豫狀態(tài)只能延續(xù)幾分之一秒，之后會重新釋放能量，恢復(fù)到原來狀態(tài)，原子核發(fā)射的無線電信號頻率與它吸收的無線電信號頻率相同。NMR弛豫時間由化學(xué)成分來決定，由此能精確測定化合物的分子構(gòu)成。

既然磁譜儀能成功探測鈉，那么能否同時探測其他化學(xué)物質(zhì)（例如鉀）呢？科普經(jīng)過嘗試后發(fā)現(xiàn)，對于鉀磁譜儀只能發(fā)出很微弱的信號。達(dá)馬迪安立即想到，死海中細(xì)菌的鉀含量是普通細(xì)菌的20倍，是最佳的實驗樣晶。當(dāng)他們把死海的實驗樣品放上分析儀后，一個強烈的鉀信號立刻出現(xiàn)在示波鏡上。達(dá)馬迪安后來說道：“這對我有著深遠(yuǎn)的影響，在數(shù)秒鐘之內(nèi)我們完成了一個測量實驗，平常要花數(shù)周，有時甚至需要數(shù)月才能達(dá)到這樣的精度。我對此產(chǎn)生了敬畏之心，我激動不已地發(fā)現(xiàn)，這臺儀器正在用無線電信號進(jìn)行化學(xué)檢測?！边_(dá)馬迪安意識到：“如果能把化學(xué)家用于試管氯仿的技術(shù)用于人體化學(xué)性質(zhì)的檢測，將可能激發(fā)一場空前的醫(yī)療儀器革命?！?/p>

達(dá)馬迪安的想法在理論上是可行的，但所需成本和時間難以想象。當(dāng)時NMR儀器的測量對象都是裝載在試管或載玻片上的微小樣品。一家NMR專營公司同意達(dá)馬迪安在其儀器上做實驗。1970年6月，達(dá)馬迪安把一組小白鼠腫瘤切片放到機器上測量，并與健康組織的弛豫時間進(jìn)行比較，結(jié)果令他目瞪口呆：癌細(xì)胞中氫原子的弛豫時間與健康組織中的截然不同。此時，達(dá)馬迪安還沒有想到成像，他更多的是思考如何用NMR弛豫率來設(shè)計一個癌癥檢測儀。他認(rèn)為，一旦能成功檢測癌癥，也將能有效檢測心臟病、腎病、精神病。達(dá)馬迪安想通過移動磁體，對“有效區(qū)”聚焦一段時間，逐點掃描以區(qū)分不同的組織。這是學(xué)術(shù)界第一次公開提及采用局部化信息的方法對人體進(jìn)行掃描。他后來用這種技術(shù)創(chuàng)建了第一張人體NMR圖像。

達(dá)馬迪安的想法是正確的，但當(dāng)他謀求經(jīng)費研制大到能掃描人體的NMR機器時，卻被認(rèn)為是“可笑的傻瓜”。紐約市健康研究中心告訴他，人體NMR掃描儀的構(gòu)想是毫無意義的。美國國家衛(wèi)生研究院（NationalInstitutes of Health，NIH）也回絕了他。達(dá)馬迪安氣憤至極，他給正在與癌癥做斗爭的尼克松寫信，控訴國家衛(wèi)生研究院“無比愚蠢”，請求總統(tǒng)干預(yù)此事。尼克松可能發(fā)揮了作用——1972年1月，達(dá)馬迪安得到了每年2萬美元，總共3年的科研資助。他購買了一臺標(biāo)準(zhǔn)的小型NMR機器進(jìn)行研究，測定了弛豫率不同的28種人體組織。例如，他發(fā)現(xiàn)乳房腫瘤的弛豫時間是1.08秒，而正常乳房組織的弛豫時間只有0.367秒。他在《美國國家科學(xué)院院刊》（Proceedings of theNational Academy of Sciences of the United States ofAmerica，PNAS）上發(fā)表了他的成果，且更堅定了建造人體NMR掃描儀的決心。

盡管達(dá)馬迪安的突破沒有引起醫(yī)療機構(gòu)的興趣，但這引起了學(xué)術(shù)界的極大興趣。1971年9月初，約翰·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院專家霍利斯（D.Hollis）的研究生的薩揚（L.Saryan）帶來更多小白鼠到NMR專營公司做NMR磁譜分析。他的實驗引起了在一旁觀看的勞特布爾（P.Lauterbur）的極大興趣。如何才能區(qū)分信號的來源？勞特布爾盯著實驗品時豁然開朗，磁場梯度！他下意識地想到烤膠機，烤膠機的溫度逐漸增加，從周圍到中心形成了一個溫度梯度——任意一點的溫度取決于其在烤膠機上所處的位置。在一般的NMR機器里，所有點的磁場是穩(wěn)定的，要是在統(tǒng)一的靜磁場上添加弱磁場梯度，被掃描物體每一點的無線電波的共振頻率便會稍有不同。隨后，掃描儀能接收到物體每個部分所對應(yīng)的不同信號，并告訴計算機信號源準(zhǔn)確的空間位置。

勞特布爾把他的構(gòu)想寫在筆記本上，請NMR專營公司的維克斯（D.Vickers）簽上名字和日期作為見證。勞特布爾對自己原創(chuàng)的成像創(chuàng)意興奮不已，立即從即將破產(chǎn)的NMR專營公司辭職回到石溪展開研究，他把自己的創(chuàng)意稱為“組合層析成像法”，表明磁共振圖像是由靜磁場和高頻的射頻場共同作用而得到的結(jié)果。當(dāng)他的團隊完成細(xì)節(jié)后，勞特布爾在世界各地的科學(xué)會議上宣講他的創(chuàng)意。

達(dá)馬迪安在1972年3月17日申請了專利；勞特布爾于1973年3月16日在英國《自然》周刊發(fā)表了一篇題為“受引導(dǎo)的局部交互成像或使用磁共振成像的例子”的論文。勞特布爾所選的論文題目與達(dá)馬迪安的不同，突顯了他們的興趣著眼點不同。達(dá)馬迪安的著眼點是用NMR進(jìn)行“腫瘤檢測”，勞特布爾則描述如何用NMR“成像”。這個側(cè)重點的分歧對于2003年諾貝爾獎委員會來說至關(guān)緊要。

活人胸腔NMR圖像的誕生

1973年11月，達(dá)馬迪安的經(jīng)費花光了，他向NIH下屬的美國國家癌癥研究所（National CancerInstitute，NCI）求助5次未果，理由是：他的研究不屬于優(yōu)先級。申請研究經(jīng)費無望，于是他開始創(chuàng)立“公民走近癌癥新途徑活動”基金會。達(dá)馬迪安給多位富翁去信，都沒有回復(fù)。最終的捐助者是他妻子的兄弟戴維·特里（David Terry），他是一位房地產(chǎn)商和保險代理。他舉辦了一個關(guān)于特權(quán)階層壓制癌癥研究的大規(guī)?；顒?，籌集了約1萬美元。1974年2月7日，達(dá)馬迪安的專利“檢測癌癥的裝置及方法”獲得通過，專利號為：3789832。這是一項具有開創(chuàng)性的專利，在隨后7年里，它是這個專利類別中唯一的專利。經(jīng)過NCI診斷分部的主管奧爾森（K.Olson）的努力，NCI最終同意給3位NMR研究人員撥款：達(dá)馬迪安每年10萬美元，霍利斯每年7.5萬美元，貝勒醫(yī)學(xué)院的黑茲爾伍德（c.Hazelwood）每年5萬美元。達(dá)馬迪安聘請斯塔特曼（J.Stutman）做計算機方面的工作，還招了兩個研究生斯坦福（M.Stanford）和考切爾（J.Koutcher），并聘請了一位中國機械師胡寧（N.Hu）。

1976年2月，達(dá)馬迪安對一只被稱為“先鋒2號”的老鼠實施麻痹，然后將線圈繞在老鼠腹背上，再放進(jìn)小磁體里。掃描順利，達(dá)馬迪安把“先鋒2號”模糊的NMR圖片發(fā)表在了1976年12月24日的美國《科學(xué)》周刊上。動物實驗只是中間步驟，業(yè)界人士長期以來夢寐以求的是掃描活人。達(dá)馬迪安覺得，只有那樣才會使醫(yī)學(xué)界信服NMR的重要性。與以往使用的NMR相比，他需要更大的磁體、更強的磁場，當(dāng)然也需要更多的錢。不幸的是，NIH再沒有給達(dá)馬迪安撥款。擺在他面前的路已經(jīng)很明白：要么放棄，要么嘗試自己去開創(chuàng)一項偉大事業(yè)。他面臨的首要問題是：實驗室的天花板實在太矮，需要改造；磁體需要超導(dǎo)線圈來傳送電流，需要用液氦把溫度降到接近絕對零度。數(shù)十英里長的電線上即便有微小的瑕疵，也會破壞圖像，甚至削弱磁場。

達(dá)馬迪安從附近的布魯克黑文國家實驗室物理研究所得到了建議：他需要近15萬英尺的超導(dǎo)電線。正在此時，西屋電氣公司（Westinghouse ElectricCompany）放棄了在巴爾的摩的超導(dǎo)生意，那里剛好有15萬英尺的超導(dǎo)電線打算以每英尺10美分脫手。隨后，又從布魯克林海軍基地裝配戰(zhàn)艦的地方找到做線軸的金屬。戈德史密斯負(fù)責(zé)纏繞電線，達(dá)馬迪安和明可夫整天跟巨型磁體、成桶的液氦打交道。達(dá)馬迪安和明可夫用整整一年的時間對容納液氦的隔熱容器進(jìn)行精細(xì)焊接，這些“液氦瓶”是金屬環(huán)狀物，高10英尺、寬6英尺、深18英寸。最后的障礙是制作一個環(huán)繞患者、采集信號的無線電線圈。戈德史密斯嘗盡了苦頭，直到1977年4月終于制作出了一個可用的無線電線圈，直徑14英寸，用垃圾桶紙板和銅箔帶制成。考慮到建造機器所體現(xiàn)出的頑強精神，達(dá)馬迪安稱這臺機器為“不屈不撓”號。

5月10日晚上，達(dá)馬迪安打算把自己塞進(jìn)巨大的磁體里。他先掃描一只死火雞試試看，26分鐘的掃描顯示磁場強度為500高斯，比他的期望值要小，但足以掃描人體。5月11日，達(dá)馬迪安從醫(yī)院請了幾名醫(yī)生到實驗室，并帶來了心臟起搏器和心電圖機。他在筆記本上寫道：“如果我在磁場中能站立，就掃描30分鐘；如果不能，就掃描15分鐘?！边_(dá)馬迪安脫掉襯衫，醫(yī)生們監(jiān)視他的心跳和血壓，人們當(dāng)時還不知道人體在強磁場下將會產(chǎn)生怎樣的后果。當(dāng)線圈把達(dá)馬迪安的胸部箍得很緊時，他不得不淺呼吸，因為深呼吸會把線圈掙斷。上午8點55分開機，沒有信號。接下來的數(shù)小時，他們把達(dá)馬迪安擺弄來、擺弄去，但什么結(jié)果都沒有，這使他們困惑不解。他記錄道：“事實上，待在磁場里的時候沒有不良反應(yīng)。頭不疼，眼睛不疼，耳朵能感覺到呼嘯聲。沒有頭昏眼花，沒有精神錯亂?！钡且灰箽v史沒有被改寫。

第二天，戈德史密斯意識到，也許達(dá)馬迪安的大塊頭導(dǎo)致的阻抗和能量吸收使天線過載，他們需要一個瘦小的志愿者。7月2日，明可夫告訴達(dá)馬迪安，他愿意冒險一試。當(dāng)晚半夜時分，明可夫脫掉襯衣，鉆進(jìn)紙板線圈里，隨后，他們都盯著示波鏡，突然，示波器獲得一個信號。明可夫的身體起了作用，發(fā)射出了無線電信號。達(dá)馬迪安讓木板兩頭各站一個研究生，把明可夫每分鐘挪動一英寸，沿一條線逐點掃描，橫穿胸部。經(jīng)過5個小時的奮戰(zhàn)，已經(jīng)把明可夫移動了106個位置，每個位置讀取了二三十個數(shù)據(jù)。戈德史密斯把數(shù)據(jù)繪到圖紙上，基于儀器讀數(shù)繪制出了圖像——這是第一張活人胸腔圖像。

達(dá)馬迪安立即寫一篇論文，發(fā)表在《生理化學(xué)與生理物理》（Physiological Chemistry and Physics）上。1977年7月20日，達(dá)馬迪安通過一家公關(guān)公司，召集了20名記者到他實驗室。召集公告摘錄如下：“達(dá)馬迪安博士最終成功地取得了在癌癥檢測領(lǐng)域的重大醫(yī)學(xué)突破，無須拍x光片，無須動大手術(shù)。在新聞發(fā)布會上，出席者將見證這項技術(shù)應(yīng)用于活人。人體將被送入巨大的磁體內(nèi)進(jìn)行斷層掃描，在視頻屏幕上將形成世界上第一張活人器官圖像?！边@份公告與其說是達(dá)馬迪安對他已經(jīng)完成工作的陳述，不如說是對他希望儀器將來能實現(xiàn)的效果的描述。而新聞記者想看到立竿見影的產(chǎn)品，他們認(rèn)為達(dá)馬迪安言過其實了，新聞發(fā)布會未能收到預(yù)想效果。

1978年1月，胸部掃描所需時間減少到35分鐘。1978年2月5日，達(dá)馬迪安掃描了第一位癌癥患者的胸腔圖像，證實了健康組織與癌變組織的成像差異。由于申請資金的前景依然暗淡，達(dá)馬迪安決定組建自己的公司——福納公司（Fonar Corporation），專門制造和出售掃描儀以貼補研究費用，這是他得以繼續(xù)研究下去的唯一出路。他抵押了房產(chǎn)，出資5萬美元，占公司5 1%的股份，明可夫和戈德史密斯各占7%，斯塔特曼占3.5%。1980年3月，他推出商用磁共振掃描儀，隨后把儀器推銷到墨西哥、意大利和日本的醫(yī)院。1981年6月福納公司上市。股票很快被搶購一空，這使得磁共振先鋒們立刻成為富翁。

未獲諾貝爾獎的原因

NMR成像使無數(shù)病人得以康復(fù)，如今全世界每年約有1億人次從磁共振成像檢測中獲益，通過這種儀器可以獲得人體軟組織的細(xì)節(jié)圖像，而不用再擔(dān)心x射線帶來的危害。這種儀器已經(jīng)成為尋常醫(yī)療檢查的一部分。但第一位設(shè)法通過這種技術(shù)得到人體內(nèi)部圖像的達(dá)馬迪安，當(dāng)時卻被認(rèn)為是狂想者、騙子。盡管達(dá)馬迪安不屈不撓，實現(xiàn)了偉大的醫(yī)療突破，但他仍被大學(xué)拒絕晉升，甚至無法申請到研究經(jīng)費。2003年，諾貝爾獎委員會將諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理獎授予兩位NMR基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的科學(xué)家：勞特布爾和英國諾丁漢大學(xué)物理學(xué)家曼斯菲爾德（P.Mansfield）。這使達(dá)馬迪安怒不可遏！

10月9日，在諾貝爾獎公布三天后，美國的三家報刊《紐約時報》《華盛頓郵報》和《洛杉磯時報》先后出現(xiàn)了內(nèi)容相同的廣告，該廣告宣稱，有一位名叫達(dá)馬迪安的科學(xué)家理應(yīng)獲此榮譽，要求人們寫信、打電話或發(fā)電子郵件給諾貝爾獎委員會。三家報刊的廣告標(biāo)題中嵌入一個倒置的諾貝爾頭像。這在諾貝爾獎史上是罕見的，落選的科學(xué)家往往采取沉默的態(tài)度。

勞特布爾堅持認(rèn)為，建造一個大到足以掃描人體的儀器是他自己的創(chuàng)意，他并不知道達(dá)馬迪安有此意向。但一位勞特布爾的筆記本簽名見證人維克斯說：“我認(rèn)為達(dá)馬迪安要把人塞進(jìn)NMR機器，在那時已是共識?！钡衾乖f道：“我不認(rèn)為他是人們所稱的科學(xué)家，他是一個商人或一個公關(guān)專家。”

維克斯確信，達(dá)馬迪安先于勞特布爾做出了4個關(guān)鍵貢獻(xiàn)：第一，首先想到用NMR從醫(yī)學(xué)上區(qū)分健康組織和癌組織；第二，首先在NMR專營公司通過實驗證明了這個假設(shè)；第三，首先想到建造一個能診斷疾病的掃描整個人體的NMR儀器；第四，首先發(fā)明了一種方法來獲取空間意義上的局部化NMR信號，以實現(xiàn)逐點掃描。

達(dá)馬迪安多年來對勞特布爾的惡語相加也許是他未能獲獎的一個原因。據(jù)《高等教育周刊》（Chronicleof Higher Education）報道，勞特布爾告知他們，自己不愿跟達(dá)馬迪安一起接受諾貝爾獎。斯坦福大學(xué)放射學(xué)教授格洛夫（G.Glover）確認(rèn)：“勞特布爾堅持不分享這份殊榮，他寧愿放棄也不愿意跟達(dá)馬迪安分享諾貝爾獎。”勞特布爾和其他人都曾因為達(dá)馬迪安大肆叫囂其成就而生氣，學(xué)院派視之為嘩眾取寵。而達(dá)馬迪安的支持者認(rèn)為，只有像他這種個性的人才能鍥而不舍。進(jìn)入21世紀(jì)，達(dá)馬迪安仍是創(chuàng)新者，標(biāo)準(zhǔn)的平臥式NMR機器有一個問題，當(dāng)被反復(fù)送進(jìn)漆黑的環(huán)境時，一些人因幽閉而感到恐懼，達(dá)馬迪安制造了一款獨特的立式機器。

雖然諾貝爾獎委員會無視他1970年代的貢獻(xiàn)，但1988年，里根總統(tǒng)為他頒發(fā)了美國國家技術(shù)獎?wù)拢∟ational Medal of Technology），2003年他獲得了經(jīng)濟學(xué)人創(chuàng)新獎，2004年他榮獲富蘭克林學(xué)會鮑爾獎。這對達(dá)馬迪安來說是最好不過的安慰了。