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德瓦尔的鼓泡式氧合器造价低廉，可重复生产，更重要的是有效果。在1954年的试验性手术阶段，李拉海通过使用交叉循环向世人展示了心内直视手术的可行性；到1955年中期，鼓泡式氧合器已经成为这种开创性手术中维持生命的主要方法。如今，西方国家的每家大医院里，心肺转流机都是心脏外科手术中维持患者生命的工具。转流机研发的完整历史在这本书里是写不下的，不过研发过程与其他医疗器械的研发没有什么不同，也是由各大洲的精工巧匠自筹资金，进行开荒性质的研究，几经失败，终成正果。心内直视手术曾经只能在明尼苏达大学以及90英里外的梅奥医学中心进行。尽管手术本身很成功，但仍然存在一个关键问题：术后完全性心脏传导阻滞。
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几百年来，科学家们为人体带有生物电的性质深深吸引，其中最能体现人体生物电概念的就是心脏。电脉冲来自被称为天然“心脏起搏器”的窦房结，向房室结传达讯号，从而推动心室的收缩。大脑并没有告诉心脏要收缩——心脏有自己的节拍器，像一个内置的电子计时器，有节奏地激发整个心肌（见彩插15.1）。把手放在胸前，你所感到的怦怦颤动就来自正在收缩并将血液挤向全身的心脏。把手移向颈部，可以感觉到气管旁边的脉动，那有节奏的敲打声是心脏瓣膜猛然关闭的回响，整齐而均匀地响应着心脏肌肉的切分收缩。完全性心脏传导阻滞发生时，心脏的电脉冲传导失去了控制，患者出现严重的心动过缓、低血压以及心功能极度减退。实际上就是心脏这个肌肉泵的功能不协调，除非使电脉冲传导正常化，否则无法维持生命。明尼苏达的外科医生团队一直在寻找应对心脏起搏发生紧急情况的方法，并且用一种简单的实验室电测试设备“格拉斯刺激器”（Grass Stimulator）挽救了一名儿童的生命。
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1957年1月，在明尼阿波利斯市，一名儿童经心内直视手术修复室中隔缺损后，发生了严重的完全性心脏传导阻滞 。明尼苏达大学的一名生理学家曾经建议过心脏科用他们的实验室设备“格拉斯刺激器”刺激患儿心脏收缩，该设备会产生小幅电压。在全球生理实验室和时至今日的小学课程中，还有用刺激器通过电线向测试对象发送小幅电脉冲的实验。想使一只青蛙的腿做出跳跃动作，生理学家需要先把细小的电线戳进青蛙的腿部肌肉，将青蛙腿与格拉斯刺激器连接起来，再通过调压调速，使肌肉产生收缩。经过对狗的初步测试，李拉海小组希望刺激器能对儿童的完全性心脏传导阻滞有效。
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于是在1957年，当一名儿童在心内直视手术后出现完全性心脏传导阻滞，李拉海医生带领其医护组将一根绝缘线插入了患儿的心脏肌肉中，与刺激器连接起来，他发现自己成功了——他可以控制心脏的跳动。通过调动表盘，李拉海可以使病人的心跳频率增加。威廉·哈维应该会十分欣赏这精妙的装置。尽管刺激器取得了巨大的成就，但是在现实当中，用电流来维持生命需要考虑非常庞杂的组织统筹工作。格拉斯刺激器与一台微波炉一样大，需要交流电源插座和延长线。在实际操作中，从手术室到病房之间需要一根100英尺长的延长线，才能保持设备通电以维持患者生命。想象一下，在心内直视手术后，心脏科的医生们用病床推着一个还处于无意识状态的小孩子走出手术室，孩子还插着管，麻醉师监视着孩子的呼吸，外科医生们沿着走廊一路拉着橙色延长线，以确保心脏起搏的频率可以维持生命。
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对于出现完全性心脏传导阻滞的患者来说，交流电力式心脏刺激器就是他们的生命线，然而，1957年10月31日，明尼阿波利斯发生了医疗灾难事件，一次全市范围的停电波及医院病房，结果导致一名年轻的患者死亡。对李拉海来说，这是一次沉重的打击，患者的生命竟然绑定在墙壁的电插座上，这令他感到十分懊恼。他咨询了当地的电气工程师和电子学专家，研究是否有可能缩小刺激器，生产出一种由电池驱动的微型产品。李拉海发现，大多数出现完全性心脏传导阻滞的患者在几周内就会恢复自己的窦性心律，他希望某种创新发明可以使患者摆脱电插座的束缚，帮助他们过渡到心功能恢复正常的阶段。李拉海找到了年轻的工程师厄尔·巴肯（Earl Bakken）——这是医学史上又一个伟大时刻。
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1949年，厄尔·巴肯和他的姐夫帕尔默·赫蒙斯利（Palmer Hermundslie）创立了一家公司，专门维护和维修明尼阿波利斯地区医院的电子设备，然而，工作第一个月的收入只有8美元，他们做了一台离心机的检修。[10] 新兴电子工业和晶体管的蓬勃发展，使这些维修工意识到，城镇的医院需要有人为他们维修所有的小设备。巴肯是明尼阿波利斯本地人，1941年从高中毕业后，他应征入伍，成为陆军通信团的一名雷达指导员兼维修技术员。他一生对家用电子产品的爱好，自然而然地引导他在部队中从事了相应的工作。90多岁的巴肯仍然说，他发现“看到、听到、触摸到甚至闻到老收音机、老机器和电子设备，都会使他的内心深处感到无以言表的快乐。只有明白电子产品来龙去脉的人，才能欣赏它们所具有的魔力。他热爱这些设备，不仅因为它们的功能，更因为它们实现了这些功能”。[11] 这种情感让我们想起史蒂夫·乔布斯等创业能手，同时也证实了这样的观点：几乎所有的发明创新者都是“在车库里折腾的人”，他们在脑子里翻来覆去地琢磨着一个想法，并亲手打造解决方案。
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战争结束后，厄尔·巴肯回到明尼苏达，进入明尼苏达大学学习电子工程专业并获得本科和硕士学位。所有认识他的人都不会对其职业选择感到惊讶，他从小就擅长发明各种小装置。厄尔小时候看过电影《弗兰肯斯坦》，对故事中赋予生命的电力深深着迷。他后来回忆道：“合理地运用电力，不仅能够点亮房间或者按响门铃，还能实现许多事，我对此深感敬畏。我意识到电定义了生命。当电流动起来，我们就活着；没有电流时，我们就死去。”[12]
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厄尔·巴肯上大学时，经常穿过马路去学校的医学院，认识了许多科学家和技术人员，他们的工作正越来越依赖电子设备。这些交往也促使巴肯在1949年创建了自己的公司，但是，多年来低报酬的承包工作和残酷的商业竞争使他的公司经营状况不佳。突破困境的机遇出现在1957年停电事件之后，李拉海医生委托他负责研发方案，设计电池驱动的电子起搏器，他立刻就产生了一种想法，并着手制作起来。
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厄尔·巴肯想起一年前的一期《大众电子》上有一篇文章讲解了如何制作一台电子晶体管节拍器，他从那篇文章中得到了灵感。对于酷爱电子装置的巴肯来说，主要挑战是找到他能建构的一种电路。1956年4月的那篇文章展示了一张带有两个晶体管的简化电路图，而他巧妙地对这个娱乐产品进行了创新，发明出一种救命装置。
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电路是一张电子网，由电线、电阻器、电容器和晶体管组成。电路中的晶体管部分彻底改变了所有的电子产品、通信方式以及医学。晶体管的发明是“电子时代的核心产物”。[13] 早期电子工业的真空管是靠不住的，因为它耗电量巨大，产生的热量也过多。人们需要一种能够放大电子信号的设备，但它同时要更小、更节能。贝尔实验室（Bell Laboratories）是美国电话电报公司的工业研究部门，当亚历山大·格雷厄姆·贝尔的电话发明专利即将到期，贝尔实验室开始迫切地研究起改善洲际通信的技术，结果使贝尔实验室蜕变为世界上首屈一指的科学研发机构。贝尔实验室的研究人员获得过许多诺贝尔奖，也研发出许多革命性的技术，包括激光、太阳能电池、通信卫星以及晶体管。[14] 关于晶体管的发明者是存在争议的，最终诺贝尔奖授予了威廉·肖克利（William Shockley）、沃尔特·布拉顿（Walter Brattain）和约翰·巴丁（John Bardeen）三个人，不过他们都没有从发明中获利。肖克利去了加利福尼亚的帕洛阿尔托，并在那里创立了肖克利半导体公司（Shockley Semiconductor），其员工最终创建了仙童半导体公司（Fairchild Semiconductor）和英特尔公司（Intel Corporation）。这些致力于革新电报和无线电技术的公司形成了硅谷，20世纪50年代建立的半导体和计算机公司使这片土地进一步成长。晶体管和集成电路可以实现微型化，降低能量消耗并提高计算能力，这一切为太空探索提供了动力，也使个人计算机成为可能，更为医学和植入物的现代化奠定了坚实的基础。
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厄尔·巴肯把自己设计的双晶体管电路装进一个简陋的铝盒里。这个小铝盒长宽都是4英寸，厚1.5英寸——大约相当于一小叠杯垫或一副牌的大小。格拉斯刺激器有多个操控点，而厄尔的装置只有一个拨动开关、脉冲频率和电流输出变阻器。装置顶端是接触终端，通过电线与患者相连，里面放着一块9.4伏特的锌汞电池。从装置中伸出来的电线能够穿过皮肤连接到心脏，当患者不需要这一个装置时，可以简单地在床旁把电线拔下来（见彩插15.2）。
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经过四周的试验，这一装置走进了大学动物实验室。在狗的身上进行了一天的实验后，研究人员看到了希望，他们认为这个装置经过改进，或许可以植入人体。在自传中，厄尔·巴肯回忆道，第二天他回到医院去研究另一个项目，“我刚好走过一间病房，看到李拉海的一名患者。我当时肯定是一副错愕的表情，定了定神，确定自己没看错，那个小女孩正用着我前一天才交给他们的装置原型！我惊呆了。我赶紧找到李拉海，向他询问情况。他以其一贯的谨慎冷静言简意赅地解释说，实验室告诉他起搏器有效，所以他不想再浪费一分钟。他说他不能因为我们没有使用最好的技术就让孩子送命”。[15]
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在1957年，美国外科医生可以在没有美国食品和药品监督管理局设备许可的情况下，就为病人植入装置，这使我感到惊愕不已，不过那时候根本就不存在医疗器械批准这回事。20世纪50年代是医疗器械发展的“西部拓荒时代”，没有法律，也没有“治安官”。尽管李拉海和巴肯担着个人风险为患者植入了一个就地取材发明的装置，但他们并不违法。今天这种行为属于犯罪，肯定会坐牢。然而，在1957年，植入医疗器械靠的是英勇的大无畏精神，是以乐观的心态迎接未来，依据人身伤害法索赔的事情尚未发生。
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世界上第一个电池驱动的可穿戴式心脏起搏器的发明，得益于以下几个互相融合的因素：晶体管和聚合物等新技术的出现，电池和新型涂料的进一步发展，以及厄尔·巴肯这一有准备的头脑。厄尔那家挣扎前行的小型医疗电子服务公司叫什么名字？美敦力。现在它已经成长为全球最大的医疗器械公司，年收入近300亿美元，员工超过8万人，坐拥市值1 000亿美元。[16] 起搏器迅速成为一种可植入装置，主要应用于患有年龄相关性心律失常的老年人。每年有将近50万个起搏器被植入心脏。亲爱的读者，你在现实中肯定认识体内装有起搏器的人，在他们的胸腔里，一个微型装置悄悄地颤动着。它们的工作如此高效，个人几乎看不出其中有什么革命性巨变，但它确实是一个奇迹。
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作为植入式电子医疗器械行业最伟大的先驱之一，94岁高龄的厄尔·巴肯在夏威夷科纳海岸的一座豪宅里过着安详的生活。他曾邀请我到他在夏威夷岛上的寓所做客，这位理解电力能够维持生命的人，拥有着世界上最大的私人光电农场，怪不得他能够“脱离电网”，与世隔绝。他的住所俯瞰着基霍洛湾，不仅可以自行供电，甚至可以通过海水淡化装置为自家生产淡水。他主张“高情感和高科技”（high touch high tech）的理念，担心人类过分痴迷于新型技术而让世界失去神秘感。
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虽然厄尔·巴肯已经好多年没有接受过采访了，但是当他知道了我的研究课题，他表示愿意接受我的访问。（在采访的八个月后，即2018年10月，厄尔·巴肯与世长辞。）与一位植入革命巨匠会面是一项重大的荣誉，手握密码的我通过一道道设有电子锁的防护门，开过一条围绕着火山岩的平坦马路，把车停在他办公室外的棕榈树下。办公室内，厄尔坐在老年电动车上，两侧是书架，奖杯、奖牌遍布房间各处，一个科学怪人弗兰肯斯坦的玩偶高高地站在书架上，让我不禁露出微笑。
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厄尔·巴肯忆起往昔，一路走来的风风雨雨，他的成功与遗憾，但令我印象最深刻的是他对生活的信念——“全心全力地生活”。美敦力的使命真真切切地在他的心中搏动着，而我们的对话中，到处流露着他一生对缓解疼痛、恢复健康和延长生命的责任感。
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美敦力现在形成了一种传统，恳请每位从他们的医疗器械中受益的患者，以一种有意义的方式将这种责任感传递下去。采访结束时，厄尔向我重复了这一真诚的恳求，恳请我“继续前进！继续传递！”。
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从某种意义上说，这正是本书写作的目的——阐明先驱们的贡献，是他们使现代生活的风险减少，使人类的生活更加美好。我们都受益于医学和外科学的进步，尽管医学和外科学并不完美，甚至是危险的，生命得到丰富和延长的人们，必须“把爱传递出去”。
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当然，起搏器的故事只是心脏外科故事中的一小部分。在心肺转流机出现之前，任何心脏缺损或心脏瓣膜手术都显得深不可测，难以想象。正如前面说到的，明尼苏达的外科医生们开拓性地打开了通往心脏的大门，于是在20世纪50年代，缺损闭合和瓣膜修复手术成为有效的、可以预期结果的治疗方式。
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梅奥医学中心的外科医生约翰·柯克林（John Kirklin）和亨利·埃利斯（Henry Ellis）首次尝试了心脏瓣膜手术，他们用系在手指末端的专用手术刀在一颗跳动的心脏侧面摸索着划出小切口，仿佛一场快速突袭战，手术刀反复地强行刺入狭窄的患病主动脉瓣。[17] 严峻的现实是，那时的手术死亡率为20%，而人们认为是可以接受的。
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李拉海医生在附近的明尼阿波利斯市取得了更大的成功，他在进行主动脉瓣和二尖瓣手术时使用了心肺机。所以李拉海不是在一颗鲜血淋漓、搏动跳跃的心脏上动手术的，他能够探查心脏内腔，这一优势使他可以尝试部分切除僵硬的患病瓣膜，或者修复功能不健全的瓣膜。
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首例人工瓣膜手术出现在1960年。由于不需要任何设备许可，美国的心脏外科医生们“大踏步前进着”[18] 。首款瓣膜置换装置是球笼瓣，即不锈钢笼中放有由硅包裹的合成树脂球，它可以在切除的瓣膜区域来回摆动。尽管可能出现血块、心律失常和猝死等风险，但手术也确实挽救了生命，数百名患者的生活质量正在显著改善。“短短十几年，心内直视手术已经从1955年的试验性手术演变为一种标准化的治疗技术。”[19] 二战前，任何开胸手术都是不可思议的，而到1961年，美国已有303家医院完全具备进行心内直视手术和血管造影术的能力。[20] 心脏外科已经从治疗威胁患儿生命的心脏异常，过渡到对心脏瓣膜疾病的治疗。人们还完全不知道如何应对冠状动脉疾病和心脏病发作，这其实是更为紧迫的问题，而我们需要经历一次偶然的错误才能开启一场至关重要的变革。
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1958年10月30日，克利夫兰医学中心的心脏科医生梅森·索恩斯（Mason Sones）为一名26岁的男性患者插入了心脏导管，以进行瓣膜疾病的诊断性检查。当时的导管插入术是先把一根纤细而柔韧的导管插入手臂的肱动脉上，然后将其一直穿到主动脉瓣上方的主动脉根部。今天的导管插入术通过观看顶置式大屏幕监视器进行，但20世纪50年代到90年代所使用的方法是，医生用35毫米的电影胶片将插管过程拍下来，然后放在放映机上观看。索恩斯医生小心翼翼地将导管尖端穿过主动脉瓣时，自动压力注射器会向心室内注射50毫升造影剂。[21]
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造影剂没有流入主动脉，而是充满右冠状动脉，导致这条动脉“极度浑浊”，而且出现暂时性心脏工作缓慢。“索恩斯担心冠状动脉中注入过多的造影剂会引起威胁生命的心室性心律失常，但他更强烈的感受是‘对这种诊断技术的进一步发展相当满意’。”[22] 索恩斯从以往的经验中看到新的希望，他很快便与一家公司合作，定制生产导入冠状动脉专用 的锥形端导管。一夜之间，冠状动脉成像得以实现，更重要的是成像能够确定阻塞的程度和位置。一直以来，医生无法确定心绞痛的原因或定位血管阻塞区域，直到进行尸检时才恍然大悟。死神现在只能等待，医生已经能够在跳动的心脏上实时发现心绞痛和心脏病发作的奥秘。
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