彼得·曼斯菲爾德

曼斯菲爾德1933年出生於英國倫敦，

1959年獲倫敦大學瑪麗女王學院理學士，

1962年獲倫敦大學物理學博士學位。

1962年擔任美國伊利諾伊大學物理系助理研究員，

1964年到英國諾丁漢大學物理系擔任講師，現為該大學物理系教授。除物理學之外，曼斯菲爾德還對語言學、閱讀和飛行感興趣，並擁有飛機和直升機兩用的飛行員執照。他進一步發展了有關在穩定磁場中使用附加的梯度磁場的理論，為核磁共振成像技術從理論到應用奠定了基礎。

2003年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家保羅·勞特布爾和英國科學家彼得·曼斯菲爾德，以表彰他們在核磁共振成像技術領域的突破性成就。他們的成就是醫學診斷和研究領域的重大成果。

學術生涯

1959年，倫敦大學瑪麗女王學院理學士

1962年，倫敦大學物理學博士 1962－1964年，美國伊利諾伊大學物理系，副研究員

1964年，英國諾丁漢大學物理系，講師

1968年，英國諾丁漢大學物理系，高級講師

1972－1973年，海德堡馬普醫學研究院高級訪問學者

1979年，英國諾丁漢大學物理系，教授.

1983年，醫學磁共振學會金獎

1984年，威爾康姆獎章

1987年，皇家學會會士

1988年，歐洲磁共振獎

1990年，穆拉德獎章

1993年，英國放射醫學院榮譽院士

1993年，授勛

1995年，歐洲放射醫學大會和歐洲放射醫學協會金獎

科研概況

保羅·勞特布爾（PaulLauterbur）和英國科學家彼得·曼斯菲爾德（PeterMansfield）在核磁共振成像技術領域取得了突破性成就，他們的成就是醫學診斷和研究領域的重大成果。正確而及時的診斷對於患者而言至關重要。核磁共振成像技術的普及挽救了很多患者的生命。這種方法精確度高，可以獲得患者身體內部結構的立體圖像。根據現有實驗結果，它對身體沒有損害。2003年諾貝爾生理學或醫學獎表彰的就是這一領域的奠基性成果。這兩位獲獎者在如何用核磁共振技術拍攝不同結構的圖像上獲得了關鍵性發現，這些發現導致了在臨床診斷和醫學研究上獲得突破的核磁共振成像儀的出現。

原理

核磁共振現象為成像技術提供了一種新思路。物質是由原子組成的，而原子的主要部分是原子核。如果把物體放置在磁場中，用適當的電磁波照射它，然後分析它釋放的電磁波就可以得知構成這一物體的原子核的位置和種類，據此可以繪製成物體內部的精確立體圖像。如果把這種技術用於人體內部結構的成像，就可獲得一種非常重要的診斷工具。

瑞典卡羅林斯卡醫學院把2003年諾貝爾生理學或醫學獎授予保羅·勞特布爾和彼得·曼斯菲爾德，以表彰他們在核磁共振成像技術領域的突破性成就。諾貝爾獎評選委員會認為，用一種精確的、非入侵的方法對人體內部器官進行成像，對於醫學診斷、治療和康復非常重要。這兩位科學家的成果對核磁共振成像技術的問世起到了奠基性的作用。

原子是由電子和原子核組成的。原子核帶正電，它們可以在磁場中旋轉。磁場的強度和方向決定原子核旋轉的頻率和方向。在磁場中旋轉的原子核有一個特點，即可以吸收頻率與其旋轉頻率相同的電磁波，使原子核的能量增加，當原子核恢復原狀時，就會把多餘的能量以電磁波的形式釋放出來。這一現象如同拉小提琴時琴弓與琴弦的共振一樣，因而被成為核磁共振。1946年美國科學家費利克斯·布洛赫和愛德華·珀塞爾首先發現了核磁共振現象，他們因此獲得了1952年的諾貝爾物理學獎。核磁共振現象為成像技術提供了一種新思路。物質是由原子組成的，而原子的主要部分是原子核。如果把物體放置在磁場中，用適當的電磁波照射它，然後分析它釋放的電磁波就可以得知構成這一物體的原子核的位置和種類，據此可以繪製成物體內部的精確立體圖像。如果把這種技術用於人體內部結構的成像，就可獲得一種非常重要的診斷工具。

核磁共振成像技術

然而從原理到實際應用往往有漫長的距離。20世紀70年代初期，核磁共振成像技術研究才取得了突破。1973年，美國科學家保羅·勞特布爾發現，把物體放置在一個穩定的磁場中，然後再加上一個不均勻的磁場（即有梯度的磁場），再用適當的電磁波照射這一物體，這樣根據物體釋放出的電磁波就可以繪製成物體某個截面的內部圖像。隨後，英國科學家彼得·曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法，並發現不均勻磁場的快速變化可以使上述方法能更快地繪製成物體內部結構圖像。此外，他還證明了可以用數學方法分析這種方法獲得的數據，為利用計算機快速繪製圖像奠定了基礎。在這兩位科學家成果的基礎上，第一台醫用核磁共振成像儀於20世紀80年代初問世。後來，為了避免人們把這種技術誤解為核技術，一些科學家把核磁共振成像技術的“核”字去掉，稱為其為“磁共振成像技術”，英文縮寫即MRI。

核磁共振成像技術的最大優點是能夠在對身體沒有損害的前提下，快速地獲得患者身體內部結構的高精確度立體圖像。利用這種技術，可以診斷以前無法診斷的疾病，特別是腦和脊髓部位的病變；可以為患者需要手術的部位準確定位，特別是腦手術更離不開這種定位手段；可以更準確地跟蹤患者體內的癌變情況，為更好地治療癌症奠定基礎。此外，由於使用這種技術時不直接接觸被診斷者的身體，因而還可以減輕患者的痛苦。

目前核磁共振成像儀在全世界得到初步普及，已成為最重要的診斷工具之一。2002年，全世界使用的核磁共振成像儀共有2.2萬台，利用它們共進行了約6000萬人次的檢查。

個人成就

獎項：諾貝爾生理學或醫學獎

獲獎時間：2003年

如何用核磁共振技術拍攝不同結構的圖像上獲得了關鍵性發現，這些發現導致了在臨床診斷和醫學研究上獲得突破的核磁共振成像儀的出現。

核磁共振成像是隨著計算機技術、電子電路技術、超導體技術的發展而迅速發展起來的一種生物磁學核自旋成像技術。醫生考慮到患者對“核”的恐懼心理，故常將這門技術稱為磁共振成像。它是利用磁場與射頻脈衝使人體組織內進動的氫核（即H ）發生章動產生射頻信號，經計算機處理而成像的。

瑞典卡羅林斯卡醫學院6日宣布，2003年諾貝爾生理學或醫學獎授予美國科學家保羅·勞特布爾和英國科學家彼得·曼斯菲爾德，以表彰他們在核磁共振成像技術領域的突破性成就。他們的成就是醫學診斷和研究領域的重大果。

按照慣例，卡羅林斯卡醫學院諾貝爾獎評選委員會秘書漢斯·約恩瓦爾在新聞發布會上用瑞典語、英語、法語和德語宣布了今年獲獎者的名字及獲獎理由。兩位科學家將分享共為130萬美元的獎金。他說，今年諾貝爾生理學或醫學獎的兩位獲獎者在如何用核磁共振技術拍攝不同結構的圖像上獲得了關鍵性發現。這些發現導致了在臨床診斷和醫學研究上獲得突破的核磁共振成像儀的出現。

獲獎后，曼斯菲爾德對瑞典電台說：“我想每個科學家都希望有一天，他們可以被挑選出來獲得這樣一個榮譽。但我必須承認，就個人而言，幾年前我就很想得到它了，但總是擦肩而過。”

核磁共振概述

核磁共振成像術，在石油人中並不陌生，在醫學領域應用之前，石油工業就引進了這項技術，核磁測井、核磁共振測岩心、核磁共振磁力儀等，在石油行列中應用相當普及，就是在石油醫院也有核磁共振檢測人體的儀器，筆者就曾接受過腦部的核磁共振成像。核磁共振成像術的基本原理是將被檢測的物體置於均勻的強磁場中，用無線電射頻脈衝激發物體內的氫原子核，引起氫原子核共振並吸收能量，在關閉射頻脈衝后，氫原子核按其特有頻率發出射電信號，並將吸收的能量釋放出來，被接受器收錄、經計算機處理獲得立體圖像。

核磁共振成像術是美國科學家勞特布爾作為化學和放射性學系教授，執教於紐約州立大學石溪分校期間，於上世紀70年代初發明的。勞特布爾在主磁場內附加一個不均的磁揚，即引進梯度磁場並用無線電波誘發晶體物質內的氫原子核共振，最終獲得二維的核磁共振圖像，爾後又推廣應用到生物化學和生物物理學領域；英國科學家曼斯菲爾德於1976年率先將核磁共振成像術應用於臨床，拍攝下第一個人體核磁共振成像照片。

1982年美國開始正式把核磁共振成像術用於臨床醫學，並逐漸成為無損的先進快速的醫學診斷手段。它有兩大優點：一是沒有對人體有害的輻射，所謂核，只是誘發人體內氫原子核，而人體是在磁場中，不會受到任何傷害；二是能夠對病變進行早期診斷，因為核磁共振現象是通過檢測人體內的化學變化而識別人體組織，X射線及X－CT成像技術是通過人體內的物理（形態）變化而識別人體組織，形態變化說明病變已發展到了一定程度。正因如此，核磁共振成像關懷生命，挽救了很多患者，人類受益，獲獎是理所當然的。目前，全世界大約有2.2萬台核磁共振成像儀用於臨床人體檢測，每年大約有6000萬人次接受核技術檢測，核磁共振成像為早期病變的診斷及相應的治療立下了汗馬功勞，深得世人的讚譽。

獎章

核磁共振現象早在1952年就被授予諾貝爾物理學獎，上世紀70年代石油工業就引進了核磁共振技術，在井中利用核磁測井成像術描述儲層中的油氣水的靜態及動態，為油氣藏高效勘探開發作出貢獻；利用核磁共振磁力儀，在油氣勘探中可直接找油氣藏，圈閉油氣田的面積，確定油氣水的界面，提供可靠的油氣儲量；在實驗室中用核磁共振成像術可描述岩心中的展布，為油氣開採提高油氣採收率獻計獻策……凡此等等，說明核磁共振成像術的應用領域之廣泛，也說明石油工業是吸納先進技術、人類優秀科研成果的殿堂。當然比之核磁共振成像術在生理學/醫學的應用成效來講，石油工業在應用此項技術還有潛力可挖，更有在應用中也要創新的課題。從核磁共振成像術獲諾貝爾獎可知，應用技術的貢獻不可低估，從效益的角度上講不亞於理論的創新；從勞特布爾和曼斯菲爾德這兩位物理學的科學家竟能獲得生理學/醫學的諾貝爾獎可見，外行的“歪打正著”，意味著發明創新，在當今邊緣科學交叉興盛的今天，邊緣學科交叉結碩果的事例也是屢見不鮮的。用精確而無創性的方法進行人體內臟成像對於醫學診斷，治療，跟蹤反饋是非常重要的。今年的諾貝爾醫學和生理學獎得主在使用磁共振對不同結構成像上作出了開創性的發明。這些發明引領了代表醫學診斷和研究突破的現代磁共振成像（MRI）的發展。

原子核在強磁場中以由磁場強度所決定的頻率旋轉。如果它們吸收同頻率的電磁波，能量將增加（共振）。當原子核回到原先的能級時，就要發射電磁波。這些發現被授予1952年的諾貝爾物理學獎。在接下來的數十年中，磁共振主要被用在物質的化學結構研究方面。在1970年代初，今年的諾貝爾獎得主作出了先驅性的貢獻，引領了以後的磁共振在醫學成像上的應用。

磁共振成像，MRI，現在是醫學診斷中的常規方法了。全球每年超過6千萬MRI檢測，這種方法仍在迅速發展中。MRI通常比其它成像技術要高明，並顯著地改善了許多種疾病的診斷。MRI已經淘汰了好幾種有創性的檢查，由此降低了許多病人的風險和不便。

氫原子核

水構成了人體質量的三分之二，這麼高的水含量解釋了磁共振成像已在醫學上廣泛適用的原因。各種組織和器官中的水含量都不同。在許多疾病中，病理過程導致水含量的改變，這反映在磁共振成像中。

水分子由氫氧原子組成。氫原子核能發揮精微指南針的作用。當人體被置於強磁場中，氫原子核們將有序排列－－就像軍訓中的“立正”一樣。當射入電磁波脈衝時，原子核們的能量分佈發生改變。脈衝過後，原子核們發出共振波並回到以前的狀態。

原子核們振動中小的差異會被探測到。通過先進的計算機處理，一個三維圖像能被建成，且能反映組織的化學結構，包括水含量和水分子運動的不同。這樣會產生一幅非常詳細的人體被檢測區域的組織和器官圖像。這種方式能將病理改變記錄下來。

幾個諾貝爾獎

共振現象由磁場強度和電磁波頻率之間的簡單關係所支配。對於質子中子組合不同的每一種類型原子核，通過一個精確的常數能由磁場強度的函數來確定波長。這種現象在1946年被用質子（也就是最小的原子核，氫原子核）試驗證明，美國的費利克斯。布洛赫和愛德華。米爾斯。珀塞爾因此獲得1952年度諾貝爾物理學獎。還有關於磁共振的基本發現在近年獲得兩項諾貝爾化學獎。1991年，瑞士的理查德。恩斯特由於他發展高解析度核磁共振光譜方法的貢獻而獲獎。2002年，也是瑞士的庫爾特。維特里希由於對溶液中生物大分子三維結構測定的核磁共振光譜方法的發展而獲獎。

對醫學重要的發明

今年的諾貝爾醫學和生理學獎授予有醫學重要性的應用發展歷程中至關緊要的貢獻。在1970年代初，他們作出了發展不同結構成像技術的開創性發明，這些發現為將磁共振發展成一種有用的成像方法奠定了基礎。

保羅。勞特布爾發現引入磁場梯度使不能通過其他方法做到的結構二維成像成為可能。1973年，他描述了，在主磁場中加入梯度磁場，是如何使管道橫截面成像顯示出被重水包圍的普通水成為可能。其它的成像方法均不能區別普通水和重水。

彼得。曼斯菲爾德為了更精確地顯示共振中的差異，使用了磁場梯度。他說明了被探測的信號是如何迅速而有效的被分析轉換成圖像。這是獲得實用方法的關鍵一步。曼斯菲爾德還說明了通過很快的梯度變化（回波平面掃描）能做到多麼極速地成像。這項技術在10年後的臨床實踐中變得有用。

醫學內的快速發展

磁共振成像的醫學用途已經發展得很快了。第一台MRI衛生設備用於1980年代初。在2002年，全世界大約有22000台MRI照相機，實施了超過6千萬次MRI檢測。

MRI的巨大優點是迄今所知，它是無害的。此方法不使用電離輻射，這與普通的X射線（1901年諾貝爾物理學獎）或計算機X射線斷層攝影術（1979年諾貝爾醫學和生理學獎）檢測形成對比。然而，體內有磁性金屬或戴起搏器的病人由於強磁場（的干擾）不能用MRI來檢測，有幽閉恐怖症的病人在採用MRI時也許會有困難。

價值

今天，MRI幾乎用於檢測所有的人體器官。這項技術對大腦和脊髓的詳細成像尤其有價值。幾乎所有的大腦失調都會導致反映在MRI圖像上的水容量變化。少於1%的水容量差異都足以探測出病理改變。在多發性硬化中，有MRI的檢測對於疾病的診斷和跟蹤反饋都是很好的。與多發性硬化聯繫的癥狀是由大腦和脊髓的局部發炎引起的。有了MRI，神經系統發炎的位置，強度和療效就能確定。

另一個例子是病人痛苦大社會代價又高的長期腰背痛。在這種情況下，能區分肌肉疼痛和神經脊髓上的壓力引起的疼痛是很重要的。MRI已經能取代以前那些令病人討厭的方法。有了MRI，椎間盤突出是否擠壓神經就能清楚，是否需要手術就能決定。

重要的外科手術前工具

既然MRI給出詳細的三維圖像，人們就能得到損傷位置的確切信息。這樣的信息在手術前是很重要的。例如，某些顯微外科腦手術中，外科醫生能在MRI圖像指導下作手術。圖像精細得足以容許在大腦中樞核心放置電極，以便治療嚴重的疼痛或帕金森病中的運動失調。

癌症診斷的改進

MRI檢測對於癌症的診斷，治療，跟蹤反饋是非常重要的。圖像能精確地揭示腫瘤的界線，這有益於更加精確的外科和輻射治療。外科手術前，知道腫瘤是否已滲入周圍組織中是非常重要的。MRI能比其它方法更精確的區分組織，因此對改進外科手術有貢獻。

MRI亦能提高確定腫瘤階段的準確性，這對選擇治療方法很重要。例如，MRI能確定組織中的結腸癌滲透得有多深，該處的淋巴結是否已被感染。

減輕病人痛楚

MRI能取代先前的有創性檢測，因此減輕了許多病人痛楚。一個例子是，胰腺和膽管的檢查使用注入對比介質的內診鏡。這在某些情況下導致嚴重的併發症。今天，MRI就能得到相應的信息。

診斷用的關節內窺鏡（用光學器件插入關節）檢查能被MRI取代。MRI能詳細地完成膝蓋中關節軟骨和十字韌帶檢查。由於MRI的無創性，感染的危險被排除了。

回憶敘述

當我第一次用磁場來觀察晶體時，彼得·曼斯菲爾德從未料到自己會在30年後摘得世界醫學桂冠上的明珠。“從來沒有企及諾貝爾獎，從來沒有料到自己會幫助億萬患者，”當瑞典卡羅林斯卡醫學院6日宣布曼斯菲爾德和美國科學家保羅·勞特布爾共獲2003年諾貝爾生理學或醫學獎時，這位英國科學家表現出這樣的實在。在英國諾丁漢大學堆滿資料的一間辦公室內，從事了一輩子物理研究的曼斯菲爾德表現出自己的坦然。“回頭看走過的路，我從沒有想過會有數億人藉助我們的研究而得益。每天你所需要考慮的事情，僅僅就是工作。”這位70歲的老人語速緩慢地說。“我從來沒有想過要涉足醫學界，”曼斯菲爾德說，他兒時的願望是製造火箭，可惜15歲那年就輟學打工。所幸的是後來又上了大學，此後就一直對火箭拋光術深感興趣。

上世紀70年代中期，曼斯菲爾德開始利用磁場研究晶體。他還記得自己那時曾經有一段時間痴迷於觀察固體的縱切面影像，“那確實就是我後來將研究轉向醫學的開始。”

此後，曼斯菲爾德及其工作組便將觀察對象轉向動物組織的切片影像。當時，他們中沒有人有任何的生物基礎或經驗，一切從嘗試開始。“我想，如果是今天，沒有人會同意我們在動物身上進行這樣的實驗，畢竟，它有損健康，無論是實驗員還是試驗品，”曼斯菲爾德說，當時幾乎沒有醫療器械廠家願意為他們製造設備，因此，他們自行研製的許多機器後來都獲得了專利權，也為工作組創造了良好的經濟效益。

而30年後的今天，利用核磁共振技術拍攝不同結構的圖像已經廣泛成為人體內部器官診斷的最安全手段之一。截至2002年，全球共有6000萬人接受了核磁共振檢查。