进“太空舱”里躺一会儿，就能揪出人体内的病灶？

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作者：科学史上的365天

任何东西受到外界的刺激，都会做出反应，只是反应的形式、性质和强烈的程度不同而已。例如原子受到外电场或外磁场的作用，有时会发出光辐射。而原子核受到外磁场作用时，也会有所反应，当外加磁场的振动频率恰好合适，由于共振的发生，原子核的反应将更为明显，可能会发出强烈的射线来，这就是核磁共振现象。在科学发展史上，核磁共振是一个很特殊的研究课题。首先，这个课题持续活跃，从20世纪的30年代始至今的八十多年来，核磁共振的研究一直长盛不衰；其次，这个课题的涉及面极广，在物理学、化学、生物学、医学，甚至遗传学、神经学、脑科学等领域中，它都有涉足；对核磁共振的研究、开发和应用涉及信息技术，还涉及生命科学，而信息技术与生命科学正是近几十年来发展最为活跃的领域。除此以外，这一课题的研究也硕果累累，在近半个世纪内，仅因这一课题的研究获得诺贝尔奖的就有7人。他们分别是：1944年，因发现测量原子核磁共振方法，由此开创核磁共振研究之路的美国物理学家伊西多·拉比；1952年，分别独立地发现核磁共振现象的美国科学家费力克斯·布洛赫和爱德华·珀塞尔；1991年，开创核磁共振傅里叶变换法和二维核磁共振波谱学研究的瑞士化学家恩斯特；2000年，创立测定大生物分子三维结构核磁共振方法的瑞士化学家库尔特·维特里希；2003年，利用叠加不均匀磁场获得了核磁共振的二维图像，由此开创了临床医学应用的保罗·劳特布尔和彼得·曼斯菲尔德。这些开创性硕果的巨大影响，在科技发展史上是空前的。在上述这些人中，在核磁共振的技术应用上的开路人，当属布洛赫和珀塞尔。布洛赫1946年，这两位美国物理学家分别独立地发现，在外磁场作用下，某些样品会发出一定频率的电磁波，这是原子核在电磁波刺激下做出反应的结果；当外界刺激取消后，原子核又能恢复原状。他们分别用水和石蜡做实验，实验过程无须高真空，设备也不复杂，这使得核磁共振很快发展起来，成为一门独立学科。随后他们又研制成功世界上第一台核磁共振谱仪，促成了商用的核磁共振谱仪在1953年的问世。他们的成果，给核磁成像技术的开发奠定了基础，也开创了核磁共振波谱学这一边缘学科。珀塞尔医学核磁共振成像仪的发明人，是美国医生雷蒙德·瓦汉·达曼德。1969年，他在做生化试验时，偶然发现人体肿瘤或其他病灶细胞的含水情况与正常组织有所不同，这一发现促成了以水作为主要检测物制造核磁共振成像仪的想法。该想法的确立，使达曼德一开始就找对了方向。人体内的水分占有总质量的三分之二，而人体各部分器官组织所含水分也彼此不同，很多病理变化，也会导致水分的组成和形态发生变化，这些因素正是核磁成像能广泛用于医学的基础。经过他的多年努力，用于医学检测的核磁共振成像仪终于研制成功了。1977年7月3日，核磁共振成像仪首次用于人体扫描。按现在的标准，这台仪器很笨拙粗陋，几乎要花5个小时才能产生出一幅图像，图像也很模糊简单，但它却是个很了不起的发明。它首次在无创伤情况下，获得人体内部器官组织的扫描图像。达曼德和他所发明的世界首台医用核磁共振仪这项发明曾被很多同业人看作不可能实现，因此人们把这台首次亮相的仪器称为“硬骨头”（indomitable）。这块骨头硬是叫达曼德啃了下来，整整花费了7年！近几十年来，核磁共振成像技术（magnetic reso-nance imaging，MRI）逐渐发展成熟。现代的医用核磁共振扫描仪这种技术的应用，不仅提高了医生的诊断效率，也避免了开颅、剖腹、开胸，更无须使用容易引起过敏反应的造影剂，对人体没有损害。核磁共振成像仪可以对人体进行多角度、多方位、多平面成像，分辨率高，能对病灶更好、更清晰地定位，对全身各系统的疾病诊断，尤其对早期肿瘤的诊断具有很大的价值。科学家借助核磁共振技术扫描出的人脑2D切片图这种方法的优点是，原子核振动的微小差异都可以被精确地检测到，如果经过进一步的计算机处理，还可以获得组织的化学结构组成的三维图像，并能把病理变化记录下来。它成为用于医学的有效诊断技术，更用于脑科学的研究。多年来，人脑是如何思维的始终是一个谜，它已经成为当代科学家关注的焦点之一。利用核磁成像，有助于我们在活体和整体水平上研究人的思维，核磁共振扫描仪已经成为脑科学研究不可缺少的工具。

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来源：《科学史上的365天》

作者：魏凤文 武轶

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编辑：张润昕

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