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MRI 发明的时间和原因

早在磁共振成像 (MRI) 出现之前,人们就已经开始在不同的化学物质中研究磁共振。1这项科学技术被称为核磁共振 (NMR),最初在 1945 年得到论证。NMR 是基于磁场中的原子核在外加次级振荡磁场时发生共振的现象。光谱学(后来发展成为 MRI)主要研究物质的物理、化学和生物特性。光谱学主要研究化学位移,即在不同化学物质中分子电子分布的变化。

MRI 第二阶段的发展始于十年后的 1969 年,当时雷曼·达马迪安博士假设可以利用磁共振来区分癌细胞和非癌细胞。2,3他的理论是:由于癌细胞的水分含量更高,加之氢原子数量增加与多余水分有关,这种特性会显示在 MR 中。达马迪安首先对癌症大鼠和正常大鼠进行了一项实验。这项研究在 NMR Specialties 公司进行,1971 年发表的研究结果证明了他提出的理论。

1971 年,科学家保罗·劳特布尔对一项由博士后研究员进行的类似实验进行了观察。4,5他发现癌组织与非癌组织之间存在差异。但当时的条件所限,实验只能对死亡组织进行。他就这个问题思考了一段时间后,提出了一个将改变医学成像领域的想法:这种活体组织成像方法6,7可以让科学家定位 NMR 信号的精确来源,进行二维或三维成像。他的理论也发表于 1971 年。劳特布尔利用磁共振对两个装满水的试管进行成像,产生了第一个 MR 图像。

第二年,第三位研究人员彼得·曼斯菲尔德爵士开始研究化学位移各向异性。8他发现,增加磁场梯度可让科学家观察到化学物质的原子结构。9这种方法与劳特伯的方法一样,让科学家可以创建三维图像。事实上,后来有一位同事曾问过曼斯菲尔德:他是否知道劳特伯在科学期刊上发表的想法。

这三位科学家还分别开发出创建这些图像的技术。达马迪安的方法推动了人体扫描仪的诞生。劳特布尔的投影重建方法部分用于现代 MRI 扫描中的运动重建。曼斯菲尔德的方法被称为线扫描,可以对结构的各个部分进行扫描,然后将各部分组合成图像。1974 年,曼斯菲尔德在 15-23 分钟内对学生的手指进行了成像。10

此后不久,达马迪安和曼斯菲尔德之间进行了一场“竞赛”,看谁先开发出第一台全身 MRI 扫描仪。三年后,达马迪安率先在 1977 年 5 月推出第一台人体全身扫描仪。2,3命名为“Indomitable”。这台设备产生的图像比 X 射线和 CA T扫描仪更详细。11978 年底,达马迪安创建了自己的 MRI 扫描仪制造公司——Fonar。六年后,FDA 批准使用这种器械。

1978 年,彼得·曼斯菲尔德爵士在另外两人的帮助下,8,9开发出射频线圈和梯度线圈,致力于创建大型图像。曼斯菲尔德亲自爬进机器中,让他的助手进行脉冲测试,然后开始扫描。金属振动导致扫描过程中产生了大量热量,但曼斯菲尔德仍然坚持在扫描仪中停留了 50 分钟。当时获得的图像胶片必须拿到商店进行冲洗。此后,曼斯菲尔德继续开发平面回波成像技术,大大缩短了扫描时间,这项技术一直沿用至今的技术。10

在向医学 MR 过渡的过程中,核磁共振设备很快就不再使用“核”元素,以便提高患者的舒适度。扫描仪的技术也在不断改进,实现更好的图像质量,提高速度和舒适度。线圈已成为扫描的重要部件,变得更耐用,更易于患者使用。自达马迪安、劳特布尔和曼斯菲尔德提出各自的 MRI 想法以来,这种成像方法的使用范围远超过他们最初麝香的目标——癌症,帮助的患者数量之多,远远超过他们的预期。

1. "NMR and MRI: Applications in Chemistry and Medicine." ACS.org. 26 April 2011. Web. 26 December 2018. <https://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/mri.html>.

2. "Behind the MRI: Dr. Raymond Damadian; History." MRIMovie.ca. Web. 26 December 2018. <http://mrimovie.ca/history.html>.

3. Julie Wakefield. "The 'Indomitable' MRI: Raymond Damadian's medical imaging machine set off a revolution but not without controversy." Smithsonian Magazine. June 2000. Web. 26 December 2018. <https://www.smithsonianmag.com/science-nature/the-indomitable-mri-29126670/>.

4. Paul C. Lauterbur "Paul C. LauterburBiographical." NoblePrize.orgNobel Media AB 2018. Web. 26 December 2018. <https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2003/lauterbur/biographical/>

5. "Paul Lauterbur: Chemist Paul Lauterbur pioneered the use of nuclear magnetic resonance (NMR) for medical imaging." NationalMagLab.org. 2012-2018. Web. 27 December 2018. <https://nationalmaglab.org/education/magnet-academy/history-of-electricity-magnetism/pioneers/paul-lauterbur>.

6. Terry Sheridan. "Paul Lauterbur, 'Father of the MRI,' Receives Posthumous Engineering Award." WSHU.org. 5 September 2018. Web. 27 December 2018. <http://www.wshu.org/post/paul-lauterbur-father-mri-receives-posthumous-engineering-award>.

7. Thomas H. Maugh II. "Paul Lauterbur, 77; 'the father of MRI.'" LATimes.com. 28 March 2007. Web. 27 December 2018. <https://www.latimes.com/science/la-me-lauterbur28mar28-story.html>.

8. Sir Peter Mansfield. "Sir Peter Mansfield–Biographical." NobelPrize.org. Nobel Media AB 2018. Web. 27 December 2018. <https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2003/mansfield/biographical/>.

9. Kenneth Chang. "Peter Mansfield, M.R.I. Pioneer and Nobel Laureate, Dies at 83." NYTimes.org. 11 February 2017. Web. 27 December 2018. <https://www.nytimes.com/2017/02/11/science/peter-mansfield-dead-nobel-prize-magnetic-resonance-imaging.html>.

10. Ellie McLaughlin. "Peter Mansfield: Resonance revolutionary." Heroes of Health. 1 August 2018. Web. 27 December 2018. <https://lms.mrc.ac.uk/peter-mansfield-resonance-revolutionary/>.