核磁共振技術的發展歷史

核磁共振成像技術的發展歷史是基於許多不同領域的研究人員幾十年的工作成果。這些成果包括了發現核磁共振 （NMR）的物理原理，如何分析其數據圖譜，怎樣分辨正常人體組織和病理組織，如何實現二維掃描成像，如何提高分辨率，等等。

20世紀初研究者開始發現核磁共振成像的基本物理學原理。共振現象由磁場強度和無線電波頻率之間的簡單關係控制。每種類型的具有不成對質子和/或中子的原子核，都存在一個數學常數，通過該常數可以得到用磁場強度表達的的波長函數。1946年，美國斯坦福大學的物理學家費利克斯·布洛赫(Felix Bloch)的團隊和哈佛大學的愛德華·珀塞爾(Purcell)團隊幾乎同時分別獨立測得水和石蠟得核磁共振吸收，首次證實了質子的核磁共振現象。

此後不同領域的科學家開始進一步地利用核磁共振的物理原理來進行不同領域的研究，包括利用核磁共振技術來研究超導體和超液體的特性，以及用其來解答生物化學問題，研究細胞結構和蛋白質生物大分子結構等。在此過程中，核磁共振儀的精度和靈敏度也得到很大提高。1966年瑞士人理查德·恩斯特（Richard Ernst）的團隊發展了脈衝傅里葉變換核磁共振測譜方法，極大地提高了NMR測量的靈敏度和分辨率，因其對高分辨率核磁共振波譜方法發展的貢獻而獲得1991年的諾貝爾化學獎。瑞士科學家庫爾特·維思里希 (Kurt Wüthrich) 因其開發的核磁共振波譜技術用於測定溶液中生物大分子的三維結構而獲得諾貝爾化學獎。

1970-80年代，核磁共振成像在醫學上的應用取得了很多突破。基於早期研究者用核磁共振研究生物細胞組織的工作，科學家發現生物正常細胞組織中水質子和有病變的組織中的水質子的核磁共振的參數的區別。這為核磁共振技術成為一種醫療診斷方法提供了理論基礎。1973年美國紐約州立大學保羅·勞特伯（Paul Lauterbur）在Nature雜誌上發表了一種叫「Zeugmatography」核磁共振成像方法的論文，提出了利用磁場的梯度來實現核磁共振的二維成像的想法。同一時期，英國諾丁漢的彼得·曼斯菲爾德（Peter Mansfield）進一步發展了磁場梯度的應用並展示了如何實現極快的成像。成像技術使他們獲得了2003年的諾貝爾生理醫學獎。 第一台臨床MRI掃描儀於1980年代初安裝，通過學術界科學家和工業界的工程師的不斷改進，以及新材料的發現和使用，核磁共振成像技術在隨後的幾十年中取得了長足的發展。後期通過開發和利用不同的MRI的造影劑，能夠使得臨床造影更加清晰。作為一種非侵入性的診斷手段，核磁共振技術在當今的臨床醫學中得到了廣泛的應用。

核磁共振

1950年， Erwin Hahn 首次檢測到自旋迴波和自由感應衰減 。1952年， Herman Carr創造了一維NMR光譜。

從光譜到成像是由蘇聯的弗拉迪斯拉夫·伊萬諾夫 （ Vladislav Ivanov ）提出，他於1960年提交了磁共振成像設備的專利申請。 伊萬諾夫（Ivanov）的主要貢獻是利用磁場梯度，結合選擇性頻率激發/讀出來對空間坐標進行編碼的想法。

弛豫時間和核磁共振成像的早期發展

1959年，傑伊·辛格（Jay Singer）通過NMR弛豫時間測量活人的血液研究了血流。 亞歷山大·甘森（Alexander Ganssen）在1967年初申請了一種用於測量人體血流的全身核磁共振儀的專利。 直到1980年代中期，這種測量才被引入到普通醫學實踐中。

在1960年代，有關水在各種類型的細胞和組織中的弛豫時間，擴散和化學交換的工作結果出現在科學文獻中。1968年，傑克遜（Jackson）和朗漢姆（Langham）發表了來自活體動物麻醉大鼠的第一個核磁共振信號。

1970年代，人們意識到，弛豫時間是MRI產生對比度從而可以使細胞/組織成像的關鍵因素。由此，它可用於檢測和區分各種病理。 許多研究小組的研究表明，早期癌細胞比其正常細胞傾向於表現出更長的弛豫時間，因此激發了人們對用NMR檢測癌症的最初興趣。 這些早期研究人員包括達馬蒂安（Damadian），Hazlewood和張東才（Chang ）等。 這也開啟了一個對各種細胞組織的弛豫時間進行分類的系列研究，這也成為了核磁共振成像技術發展的主要動機之一。

Raymond Damadian的「用於檢測組織中癌症的設備和方法」

1971年3月，在《 科學 》雜誌上發表的一篇論文 ，亞美尼亞裔美國人，紐約州立大學 醫學中心教授（SUNY） 雷蒙德·達馬迪安 （ Raymond Damadian ）報告說，可以通過NMR 區分腫瘤和正常組織。 達馬迪安的最初方法在實際使用中存在缺陷， 依靠對全身的逐點掃描並計算弛豫時間比率，並不是對檢測癌組織的有效指標。 在研究磁共振的分析特性時，達馬迪安在1972年發明了一種假設的磁共振癌症檢測儀。 他於1974年2月5日獲得了該機器的美國專利第3,789,832號 ， 美國專利第3,789,832號 。 Hazlewood和張東才（Chang ），以及勞倫斯·貝內特（Lawrence Bennett）和歐文·韋斯曼（Irwin Weisman）博士也於1972年報告其發現， 腫瘤的弛豫時間與相應的正常組織不同。

1973年，石溪大學的勞特伯（Paul Lauterbur）擴展了Carr的技術，並開發了一種使用梯度生成2D和3D的MRI圖像的方法。1973年，勞特伯（Lauterbur）於1974年1月發表了第一隻活小鼠的核磁共振圖像和第一張橫截面圖像。 勞特伯（Paul Lauterbur）和諾丁漢大學的彼得·曼斯菲爾德爵士因其「關於磁共振成像的發現」而獲得了2003年諾貝爾生理學或醫學獎。。諾貝爾獎獲得者勞特伯（Lauterbur）提出使用磁場梯度來確定空間定位的見解，使他可以獲取3D和2D圖像。曼斯菲爾德因引入數學形式主義和開發有效梯度利用和快速成像的技術而受到讚譽。

MRI掃描儀Mark One。 在蘇格蘭阿伯丁皇家醫院建造和使用的第一台MRI掃描儀。