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東京大学病院の内科医師である叔父に憧れ東大医学部に1浪の後、入学。
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東京大学病院研修医の時に世界で初めて内視鏡を使った脳の病気の診断を行い、様々な症状の原因を解明。
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東京警察病院に勤務後ドイツに留学、そこで脳外科の限界を思い知らされる。
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1978年に帰国し三井記念病院脳神経外科部長に就任。
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頭部を大きく切開することなく、数センチメートルほどの小さな穴から顕微鏡を使い巧みに脳腫瘍を切除・縫合する鍵穴手術(キーホール・オペレーション)の確立に着手。
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現在200点にも及ぶ、鍵穴手術に必要な脳外科手術用の顕微鏡や器具の開発を医療器メーカーと共同で行いつつ、更なる臨床経験を積むため全国の病院を回り、多い時で一日11人年間900件にも及ぶ手術を手掛けていく。
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1985年に鍵穴手術を確立するも、臨床が重視されず、論文の数と人脈が医師の評価基準とされる日本の医学界に疑問を持つようになる。
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48歳の時南カリフォルニア大学医療センターより脳神経外科教授のオファーを受け渡米。
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臨床実績が評価される土壌で、鍵穴手術を用いて多くの難手術を成功させる手腕から「神の手を持つ男」「ゴッドハンド」や海外では「侍ドクター」と呼ばれるようになる。
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いくつかの大学病院を回った後ノースカロライナ州へ場を移し、脳外科症例数全米1位のデューク大学へ脳神経外科教授として就任する。
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現在はデューク大学教授の傍ら、世界中を回り難易度の高い脳腫瘍手術、診察を行っている。
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また、全国の脳外科医を集めたセミナーの自費主催、設備水準の低い病院の医療機器購入を援助するなど、後進育成と高度な医療を受けられる環境作りに非常に熱心である。
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またアメリカのみならず日本やヨーロッパなど自分の力が必要と言われれば世界中の病院に足を運び、脳腫瘍だけでなく脳動脈瘤や三叉神経痛などの手術も行いこれまでに20,000以上の命を救ってきた。
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その一方で、「元不良」、「東大医学部卒」、「脳外科医」、「日本の大学医局を飛び出してアメリカの大学医学部教授になった」などというマスコミ受けしやすい多くの経歴により、多くのテレビ番組に出演している。
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日本国内における収入に頼っていないためか厚生労働省に対する舌鋒も非常に強く、福島本人のキャラクターも相まって現在のところマスコミ露出の最も多い外科医となっている。
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しかし、テレビ演出によって全ての脳腫瘍疾患を全治させてしまうかのように思える所謂「神の手」の呼称には、懐疑的な見方をする専門家もいる。
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事実、福島の手術の適応は良性腫瘍に限るものであり、悪性のものには一切手を出していないこと、術後の経過を追跡していないことなど、テレビ放送によるイメージの増幅や間違いを指摘する見方もある。
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クリッピング手術の権威上山博康とは若い時から互いに意識し合うライバル関係にあったが、福島が脳腫瘍手術の権威、上山が脳動脈瘤手術の権威となった現在は、互いに認め合い、共同でセミナーを開催し若い医師の教育を行っている。
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最近は若い医師の育成に熱心であり年に2回アメリカで脳外科医のためのセミナーを開いており日本から学びに来る医師の留学費用の援助までしている。
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2006年10月には、東京クリニックが開業。
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同クリニックを日本での治療の拠点とする。
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2007年には福島孝徳記念クリニックが開院。
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今後3年間で全国に同様の6クリニックを建設する計画。
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2007年発行のコミック「神の手を持つ男」のモデルである。