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一、磁共振命名

20世紀(jì)50年代早期，蕭萊利(Jim Shoolery)和羅杰斯(Emery Rogers)引入“NMR spectroscopy”一詞的原因一方面是仿效當(dāng)時(shí)廣為流行的紅外波譜一詞(IR spectroscopy)的說(shuō)法，另一方面也是為了避免人們對(duì)“核”(nuclear)一詞的不良聯(lián)想。

20世紀(jì)80年代初作為醫(yī)學(xué)新技術(shù)的核磁共振成像，即NMR成像(NMR imaging)一詞越來(lái)越為公眾所熟悉。隨著大磁體的安裝，有人開(kāi)始擔(dān)心字母“N”可能會(huì)對(duì)磁共振成像的發(fā)展產(chǎn)生負(fù)面影響。

磁共振和核磁共振，在很多人心里面會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)，這樣的一字之差，他們到底有什么區(qū)別呢？之前我上磁共振班時(shí)，有患者說(shuō)：“某某醫(yī)院做的是磁共振，你們醫(yī)院給我開(kāi)的核磁共振，是不是這個(gè)輻射大的很”。大眾為何會(huì)有這個(gè)想法?，就是因?yàn)檫@個(gè)“核”字，人們就會(huì)聯(lián)想到核爆炸、核泄漏、核輻射這些核事故出現(xiàn)對(duì)“核”的恐懼的風(fēng)潮，連累改為磁共振。

醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的核磁共振是什么呢？核磁共振中的“核”是指人體里面水和脂肪中氫元素里面的氫原子核，“磁”是指磁場(chǎng)，做檢查時(shí)常說(shuō)的1.5T上做或者3.0T上做，就是指的這個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度，在外加靜磁場(chǎng)中，然后一特定頻率的射頻電磁波激發(fā)原子核，原子核會(huì)吸收能量從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，即從穩(wěn)定的狀態(tài)變?yōu)榛钴S態(tài)，發(fā)生核磁共振現(xiàn)象。停止發(fā)射射頻脈沖后，原子核會(huì)從激發(fā)態(tài)逐漸回落到基態(tài)，在回落的過(guò)程中就會(huì)釋放出能量，我們通過(guò)線圈采集這個(gè)過(guò)程從而獲得了核磁共振信號(hào)，這就是平?？床∽鰴z查的的核磁共振。

另外，核“nuclear”一詞還容易使人們對(duì)磁共振室產(chǎn)生與另一個(gè)核醫(yī)學(xué)科之聯(lián)想。因此，為突出這一檢查技術(shù)不產(chǎn)生電離輻射的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)與使用放射性元素的核醫(yī)學(xué)相區(qū)別，放射學(xué)家和設(shè)備制造商均同意把“核磁共振成像術(shù)”簡(jiǎn)稱(chēng)為“磁共振成像(MRI)”。盡管這一名稱(chēng)曾遭到一些老波譜學(xué)家的反對(duì)，現(xiàn)在它已被普遍接受。與此同時(shí)，MRS也被用于磁共振波譜的醫(yī)學(xué)應(yīng)用環(huán)境中。而以“MR”表示磁共振的用法僅限于醫(yī)學(xué)界。

磁共振成像技術(shù)的命名，歷史上比較混亂。曾使用過(guò)的名稱(chēng)有:自旋成像法、自旋映像法、組合層析攝影、NMR層、NMR-CT、FONAR和核磁共振成像(NMRI)等。其中組合層析成像(攝影)的叫法源于希臘詞“zeugma”，意為“組合”;FONAR則源自“場(chǎng)聚焦核磁共振”的英文縮寫(xiě)。1982年以后，“核磁共振成像(NMR imaging)”一詞更多地出現(xiàn)在有關(guān)的文獻(xiàn)中。事實(shí)上，磁共振是電子自旋共振(ESR,electrion spin resonance)、鐵磁共振、核共振(穆斯堡爾效應(yīng))、回旋共振(抗磁共振)和核磁共振的總稱(chēng)，它們?cè)谖锢韺W(xué)、化學(xué)量子電子學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，把“核磁共振成像技術(shù)”簡(jiǎn)稱(chēng)為“磁共振成像”后其物理概念變得模糊。

二、磁共振簡(jiǎn)史

01、理論階段

被稱(chēng)為“暗黑科技”掌門(mén)人的特斯拉是第一個(gè)出場(chǎng)人物，特斯拉的杰作我們就不一一列舉了，紅警游戲里面的電磁塔被稱(chēng)為特斯拉塔就可見(jiàn)一斑了。這位神人在1882年發(fā)明了可逆磁場(chǎng)（也有稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）的，這是人類(lèi)開(kāi)始進(jìn)行電磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用的基礎(chǔ)，沒(méi)有這個(gè)基礎(chǔ)也就不可能有磁共振成像，因此磁場(chǎng)強(qiáng)度被用他的名字命名為特斯拉，我們磁共振常規(guī)叫作1.5T，3.0T就是和這個(gè)相關(guān)，不過(guò)1.5T磁共振的磁場(chǎng)強(qiáng)度是15000高斯，是地球磁場(chǎng)的2萬(wàn)倍。

特斯拉和他設(shè)計(jì)的特斯拉塔

第二個(gè)出場(chǎng)的牛人是量子物理學(xué)開(kāi)山鼻祖——哥本哈根學(xué)派創(chuàng)始人波爾，這位把原子核研究明白了，確定了原子核的光譜和原子核能量躍遷的基本理論，為未來(lái)進(jìn)行氫原子成像打下了理論基礎(chǔ)。有一點(diǎn)請(qǐng)大家特別注意啊，波爾自己設(shè)計(jì)的紋章里面用了一個(gè)大家挺熟悉的圖形——太極，咱們老祖宗的陰陽(yáng)理論在他手里被發(fā)揚(yáng)光大了，然并卵，咱們2000多年前有這樣的想法，但是就是沒(méi)人給落到實(shí)處，咱們后輩要加油啊！波爾因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)原子理論在1922年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，如果一定要聯(lián)系起來(lái)，這是關(guān)于磁共振成像的第一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。

波爾徽章和波爾

第二位獲得諾貝爾獎(jiǎng)的人是拉比，這位其實(shí)才是磁共振成像真正的理論奠基人，他獲得諾貝爾獎(jiǎng)的原因就是測(cè)定原子核磁性的共振方法，獲得了1944年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。不過(guò)多說(shuō)一點(diǎn)，這位老兄的另外一個(gè)工作是在二戰(zhàn)的時(shí)候進(jìn)行雷達(dá)的革新，幫助美國(guó)在雷達(dá)技術(shù)上獲得絕對(duì)領(lǐng)先地位，應(yīng)該說(shuō)是二戰(zhàn)功臣。

拉比和他研究的雷達(dá)電磁管

接下來(lái)的是兩位帥哥了，這兩位把拉比的核磁共振的理論進(jìn)行了實(shí)踐，發(fā)明了可行的進(jìn)行核磁共振測(cè)量的設(shè)備，不過(guò)他們發(fā)明的核磁共振測(cè)量設(shè)備主要是用在工業(yè)上進(jìn)行物質(zhì)含量測(cè)定的設(shè)備。這兩位分別叫布洛赫和珀賽爾，這兩位因?yàn)檫@個(gè)發(fā)明在1952年一起拿到了諾貝爾物理獎(jiǎng)。

?珀賽爾? ? ? ? ? ? 工業(yè)用18T磁共振? ? ? ? ??布洛赫

前面的都是搞物理的，能不能有進(jìn)展還是要看應(yīng)用，接下來(lái)的這位終于和物理無(wú)關(guān)了，不過(guò)和醫(yī)學(xué)還是沒(méi)有關(guān)系，這位是個(gè)化學(xué)家。恩斯特，1966年發(fā)明了磁共振波譜成像，并在1991年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，這個(gè)波譜成像對(duì)于磁共振人體成像可是很關(guān)鍵的技術(shù)，一方面使得對(duì)于人們對(duì)于人體內(nèi)的物質(zhì)可以進(jìn)行更好的區(qū)分，其次他提出的傅里葉算法是磁共振成像的算法基礎(chǔ)。??

從恩斯特開(kāi)始我們有彩照了

寫(xiě)到這里已經(jīng)有4個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)了，不過(guò)這些人都是進(jìn)行理論工作給咱們磁共振成像打基礎(chǔ)的，接下來(lái)的內(nèi)容比較喜劇化了，內(nèi)容比較曲折，絕對(duì)可以拿來(lái)寫(xiě)小說(shuō)。

2、商業(yè)發(fā)展階段

理論基礎(chǔ)在1966年已經(jīng)都打下了基礎(chǔ)，尤其是傅里葉變換的算法提出使得磁共振成像成為可能。不過(guò)插個(gè)題外話，CT的發(fā)明人亨斯菲爾德當(dāng)年也在研究磁共振成像的算法問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中他發(fā)現(xiàn)用X線成像可以用更加簡(jiǎn)單的算法進(jìn)行完成，因此1968年發(fā)明了CT，并在1979年獲得諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)。

很多人開(kāi)始在磁共振臨床成像上下功夫，在1969年的一個(gè)冬天，紐約的一個(gè)酒吧里面，3個(gè)人正在一起聊天喝酒，他們分別是達(dá)馬迪安、勞特布爾和曼斯菲爾德，據(jù)當(dāng)事人達(dá)馬迪安描述由他提出了使用梯度場(chǎng)編碼空間位置的設(shè)想，然后另外兩位給了一些補(bǔ)充意見(jiàn)（主要是解決磁場(chǎng)不均勻的方法），他們的討論內(nèi)容被記錄在了一個(gè)萬(wàn)寶路煙盒上了（看來(lái)抽煙還是有用的），這個(gè)煙盒后來(lái)成為了關(guān)鍵的呈堂證供，而且是涉及上億美金的一個(gè)官司上面。

這次聚會(huì)以后，三個(gè)人走上了不同的路，達(dá)馬迪安馬上開(kāi)發(fā)了人體成像的磁共振產(chǎn)品，并在1971年進(jìn)行了掃描，并發(fā)現(xiàn)了良惡腫瘤的不同磁共振信號(hào)，相關(guān)研究發(fā)表在Science上，但是很快達(dá)馬迪安走上了商業(yè)道路，成立了Fonar公司開(kāi)始了磁共振商業(yè)應(yīng)用的研究和開(kāi)發(fā)。勞特布爾和曼斯菲爾德則在1974年做出了首張動(dòng)物磁共振圖像，并將論文發(fā)表在了Nature上，并將相關(guān)算法等公布出來(lái)。

勞特布爾（左）和曼斯菲爾德（右）

1977年達(dá)馬迪安開(kāi)發(fā)出了第一臺(tái)人用磁共振系統(tǒng)，并開(kāi)始商業(yè)銷(xiāo)售，不過(guò)達(dá)馬迪安還是科學(xué)頭腦多一些，而商人天賦少一些，商業(yè)上并不成功。1983年，美國(guó)GE公司推出了商用1.5T磁共振，并成功進(jìn)行了商業(yè)化推廣，將磁共振市場(chǎng)推動(dòng)起來(lái)；隨后達(dá)馬迪安帶領(lǐng)Fonar公司同美國(guó)GE公司開(kāi)始了專(zhuān)利訴訟，雖然雙方律師對(duì)于使用技術(shù)細(xì)節(jié)上有各種解釋?zhuān)亲詈驡E公司以賠償1.39億美金了結(jié)了這個(gè)官司，在上世紀(jì)80年代這可是一筆巨款啊，因此達(dá)馬迪安的Fonar公司雖然在商業(yè)上不成功，但是也沒(méi)少掙錢(qián)。

左圖：達(dá)馬迪安和他發(fā)明的第一臺(tái)磁共振??

右圖：Fonar公司的立式磁共振

1983年GE公司全球第一臺(tái)商品醫(yī)用1.5T磁共振

故事到這里本來(lái)應(yīng)該結(jié)束了，不過(guò)有個(gè)問(wèn)題是，這樣大的一個(gè)發(fā)明不應(yīng)該得個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)嗎？答案就是必須的，不過(guò)到底應(yīng)該誰(shuí)獲獎(jiǎng)那就有問(wèn)題了，本來(lái)諾貝爾獎(jiǎng)也是可以三個(gè)人獲得的，但是上面的三位里面有一位又跳出來(lái)了——沒(méi)錯(cuò)還是達(dá)馬迪安，他認(rèn)為應(yīng)該他獲獎(jiǎng)，因?yàn)槲恼滤淖钤?，設(shè)備也是他第一個(gè)做出來(lái)的，應(yīng)該他一個(gè)人獲獎(jiǎng)。這個(gè)官司打了多久——一直到2003年，諾貝爾獎(jiǎng)決定因?yàn)閯谔夭紶枺ㄟ@位拿獎(jiǎng)的時(shí)候已經(jīng)74歲，還好活到這年了）和曼斯菲爾德公開(kāi)了算法沒(méi)有商業(yè)應(yīng)用因此將生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予這二位，而將達(dá)馬迪安排除在外。不過(guò)美國(guó)總統(tǒng)很有意思，當(dāng)時(shí)是布什，給達(dá)馬迪安一個(gè)總統(tǒng)獎(jiǎng)做為補(bǔ)償，也是在2003年發(fā)的。

達(dá)馬迪安的總統(tǒng)獎(jiǎng)

2002年，瑞士學(xué)者維特里希發(fā)明利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中的生物大分子三維結(jié)構(gòu)獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，核磁共振進(jìn)入了超微觀世界。

此后的磁共振發(fā)展就是商業(yè)應(yīng)用的天下，幾家商業(yè)公司開(kāi)始各自發(fā)展各自的技術(shù)。

3、磁共振與諾貝爾獎(jiǎng)

迄今為止相關(guān)研究成果與磁共振密切相關(guān)且獲得諾貝爾獎(jiǎng)的是：

拉比（Rabi）發(fā)明了研究氣態(tài)原子核磁性的共振方法，獲1944年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

布洛赫（Bloch）和珀塞爾（Purcell）分別用感應(yīng)法和吸收法，獨(dú)立發(fā)現(xiàn)宏觀核磁共振現(xiàn)象，因此而獲1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

恩斯特（Ernst）因?qū)MR波譜方法、傅里葉變換、二維譜技術(shù)的杰出貢獻(xiàn)，而獲1991年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

庫(kù)爾特·維特里希（Kurt Wüthrich），由于用多維NMR技術(shù)在測(cè)定溶液中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的三維構(gòu)象方面的開(kāi)創(chuàng)性研究，而獲2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。同獲此獎(jiǎng)的還有一名美國(guó)科學(xué)家和一名日本科學(xué)家。

勞特布爾于1973年發(fā)明在靜磁場(chǎng)中使用梯度場(chǎng)，能夠獲得磁共振信號(hào)的位置，從而可以得到物體的二維圖像；曼斯菲爾德進(jìn)一步發(fā)展了使用梯度場(chǎng)的方法，指出磁共振信號(hào)可以用數(shù)學(xué)方法精確描述，從而使磁共振成像技術(shù)成為可能，他發(fā)展的快速成像方法為醫(yī)學(xué)磁共振成像臨床診斷打下了基礎(chǔ)。他倆獲2003年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

以下是對(duì)磁共振技術(shù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的十七位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，包括以上五位：

1）Pieter Zeeman

荷蘭科學(xué)家，彼得.塞曼（Pieter Zeeman）,1902年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：光譜在磁場(chǎng)中的能級(jí)分裂現(xiàn)象，即塞曼效應(yīng)。

2）Heike Kamerlingh Onnes

荷蘭物理學(xué)家，昂尼斯（Heike Kamerlingh Onnes）,1913年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：低溫物理，特別是超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。

3）Isidor Isaac Rabi

美國(guó)，拉比（Isidor Isaac Rabi）,1944年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：測(cè)量原子核的磁性，探討核力的性質(zhì)、核模型的建立等方面的貢獻(xiàn)。

4）Edward Purcell

美國(guó)，柏賽爾（Edward Purcell）,1952年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象（能量吸收觀點(diǎn)）。

5）Felix Block

美國(guó)，布洛赫(Felix Block)，1952年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象（進(jìn)動(dòng)觀點(diǎn)）。

6）Willis Eugene Lamb

美國(guó)，蘭姆（Willis Eugene Lamb）,1955年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：光譜結(jié)構(gòu)的研究，蘭姆移動(dòng)定律。

7）Polykarp Kusch

美國(guó)，庫(kù)什（Polykarp Kusch），1955年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：電子磁矩的精確測(cè)量。

8）Charles Hard Townes

美國(guó)，湯斯（Charles Hard Townes），1964年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：指出了金屬磁共振中的奈特位移機(jī)制。

9）Alfred Kastler

法國(guó)，卡斯特勒（Alfred Kastler），1966年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：光磁雙共振技術(shù)及其實(shí)驗(yàn)方法。

10）Van Vleck

美國(guó)，范弗萊克（Van Vleck），1977年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：闡明了固體磁學(xué)性能，“現(xiàn)代磁學(xué)之父”。

11）Bloembergen

美國(guó)，布洛姆啵根（Bloembergen），1981年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：高分辨率光譜學(xué)。

12）Henry Taube

美國(guó)，陶布（Henry Taube），1983年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：金屬配位化合物電子轉(zhuǎn)移機(jī)理研究方面。

13）Norman

美國(guó)，拉姆塞（Norman），1989年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：化學(xué)位移理論以及交變場(chǎng)的方法的提出。

14）Richard Ernst

美國(guó)，理查德·恩斯特（Richard Ernst），1991年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：傅里葉變換磁共振及二維高分辨率磁共振波普的重大貢獻(xiàn)。

15）Kurt Wuthrich

瑞士，維特里希（Kurt Wuthrich），2002年獲諾貝爾化學(xué)和生物物理學(xué)。

獲獎(jiǎng)原因：發(fā)明了大分子的質(zhì)譜分析法。

16）Paul Lauterbur

美國(guó)，保羅·勞特布爾（Paul Lauterbur），2003年獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

獲獎(jiǎng)原因：梯度場(chǎng)的應(yīng)用及二維成像法。

17）Peter Mansfield

英國(guó)，曼斯菲爾德（Peter Mansfield）,2003年獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)生。

獲獎(jiǎng)原因：磁共振成像方面的開(kāi)拓性研究及其快速平面回波序列的開(kāi)發(fā)。

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