2003年诺贝尔医学和生理学奖2003
HUSTRen 发表于 2003/10/08 07:31 华中科技大学校友论坛 (www.hust.org)
新闻公告：2003年诺贝尔医学和生理学奖
送交者: b0b0 2003年10月06日
诺贝尔会议今天在卡罗琳斯卡医学院决定将2003年诺贝尔医学和生理学奖共同授予保罗.
C.劳特布尔（Paul C Lauterbur）和彼得.曼斯菲尔德
（Peter Mansfield），由于他们关于“磁共振成像”的发明。
概要
用精确而无创性的方法进行人体内脏成像对于医学诊断，治疗，跟踪反馈是非常重要的
。今年的诺贝尔医学和生理学奖得主在使用磁共振对不同结构成像上作出了开创性的发
明。这些发明引领了代表医学诊断和研究突破的现代磁共振成像（MRI）的发展。
原子核在强磁场中以由磁场强度所决定的频率旋转。如果它们吸收同频率的电磁波，能
量将增加（共振）。当原子核回到原先的能级时，就要发射电磁波。这些发现被授予195
2年的诺贝尔物理学奖。在接下来的数十年中，磁共振主要被用在物质的化学结构研究方
面。在1970年代初，今年的诺贝尔奖得主作出了先驱性的贡献，引领了以后的磁共振在
医学成像上的应用。
保罗.劳特布尔（1929年生），美国伊利诺伊厄本那，发现了引入磁场梯度创建二维图像
的可能性。通过对出射电磁波特征的分析，他能确定它们的起源。这使不能通过其他方
法做到的结构二维成像成为可能。
彼得.曼斯菲尔德（1933年生），英国诺丁汉，进一步发展了磁场梯度的运用。他说明了
信号如何能被数学地分析，这使开发一种有用的成像技术成为可能。曼斯菲尔德还说明
了能达到的成像速度是多么地飞快。这在10年后的医学中成了可行的技术。
磁共振成像，MRI，现在是医学诊断中的常规方法了。全球每年超过6千万MRI检测，这种
方法仍在迅速发展中。MRI通常比其它成像技术要高明，并显著地改善了许多种疾病的诊
断。MRI已经淘汰了好几种有创性的检查，由此降低了许多病人的风险和不便。
氢原子核
水构成了人体质量的三分之二，这么高的水含量解释了磁共振成像已在医学上广泛适用
的原因。各种组织和器官中的水含量都不同。在许多疾病中，病理过程导致水含量的改
变，这反映在磁共振成像中。
水分子由氢氧原子组成。氢原子核能发挥精微指南针的作用。当人体被置于强磁场中，
氢原子核们将有序排列－－就像军训中的“立正”一样。当射入电磁波脉冲时，原子核
们的能量分布发生改变。脉冲过后，原子核们发出共振波并回到以前的状态。
原子核们振动中小的差异会被探测到。通过先进的计算机处理，一个三维图像能被建成
，且能反映组织的化学结构，包括水含量和水分子运动的不同。这样会产生一幅非常详
细的人体被检测区域的组织和器官图像。这种方式能将病理改变记录下来。
几个诺贝尔奖
共振现象由磁场强度和电磁波频率之间的简单关系所支配。对于质子中子组合不同的每
一种类型原子核，通过一个精确的常数能由磁场强度的函数来确定波长。这种现象在194
6年被用质子（也就是最小的原子核，氢原子核）试验证明，美国的费利克斯.布洛赫和
爱德华.米尔斯.珀塞尔因此获得1952年度诺贝尔物理学奖。
还有关于磁共振的基本发现在近年获得两项诺贝尔化学奖。1991年，瑞士的理查德.恩斯
特由于他发展高分辨率核磁共振光谱方法的贡献而获奖。2002年，也是瑞士的库尔特.维
特里希由于对溶液中生物大分子三维结构测定的核磁共振光谱方法的发展而获奖。
对医学重要的发明
今年的诺贝尔医学和生理学奖授予有医学重要性的应用发展历程中至关紧要的贡献。在1
970年代初，他们作出了发展不同结构成像技术的开创性发明，这些发现为将磁共振发展
成一种有用的成像方法奠定了基础。
保罗.劳特布尔发现引入磁场梯度使不能通过其他方法做到的结构二维成像成为可能。19
73年，他描述了，在主磁场中加入梯度磁场，是如何使管道横截面成像显示出被重水包
围的普通水成为可能。其它的成像方法均不能区别普通水和重水。
彼得.曼斯菲尔德为了更精确地显示共振中的差异，使用了磁场梯度。他说明了被探测的
信号是如何迅速而有效的被分析转换成图像。这是获得实用方法的关键一步。曼斯菲尔
德还说明了通过很快的梯度变化（回波平面扫描）能做到多么极速地成像。这项技术在1
0年后的临床实践中变得有用。
医学内的快速发展
磁共振成像的医学用途已经发展得很快了。第一台MRI卫生设备用于1980年代初。在2002
年，全世界大约有22000台MRI照相机，实施了超过6千万次MRI检测。
MRI的巨大优点是迄今所知，它是无害的。此方法不使用电离辐射，这与普通的X射线（1
901年诺贝尔物理学奖）或计算机X射线断层摄影术（1979年诺贝尔医学和生理学奖）检
测形成对比。然而，体内有磁性金属或戴起搏器的病人由于强磁场（的干扰）不能用MRI
来检测，有幽闭恐怖症的病人在采用MRI时也许会有困难。
对大脑和脊髓的检测特别有价值
今天，MRI几乎用于检测所有的人体器官。这项技术对大脑和脊髓的详细成像尤其有价值
。几乎所有的大脑失调都会导致反映在MRI图像上的水容量变化。少于1％的水容量差异
都足以探测出病理改变。
在多发性硬化中，有MRI的检测对于疾病的诊断和跟踪反馈都是很好的。与多发性硬化联
系的症状是由大脑和脊髓的局部发炎引起的。有了MRI，神经系统发炎的位置，强度和疗
效就能确定。
另一个例子是病人痛苦大社会代价又高的长期腰背痛。在这种情况下，能区分肌肉疼痛
和神经脊髓上的压力引起的疼痛是很重要的。MRI已经能取代以前那些令病人讨厌的方法
。有了MRI，椎间盘突出是否挤压神经就能清楚，是否需要手术就能决定。
重要的外科手术前工具
既然MRI给出详细的三维图像，人们就能得到损伤位置的确切信息。这样的信息在手术前
是很重要的。例如，某些显微外科脑手术中，外科医生能在MRI图像指导下作手术。图像
精细得足以容许在大脑中枢核心放置电极，以便治疗严重的疼痛或帕金森病中的运动失
调。
癌症诊断的改进
MRI检测对于癌症的诊断，治疗，跟踪反馈是非常重要的。图像能精确地揭示肿瘤的界线
，这有益于更加精确的外科和辐射治疗。外科手术前，知道肿瘤是否已渗入周围组织中
是非常重要的。MRI能比其它方法更精确的区分组织，因此对改进外科手术有贡献。
MRI亦能提高确定肿瘤阶段的准确性，这对选择治疗方法很重要。例如，MRI能确定组织
中的结肠癌渗透得有多深，该处的淋巴结是否已被感染。
减轻病人痛楚
MRI能取代先前的有创性检测，因此减轻了许多病人痛楚。一个例子是，胰腺和胆管的检
查使用注入对比介质的内诊镜。这在某些情况下导致严重的并发症。今天，MRI就能得到
相应的信息。
诊断用的关节内窥镜（用光学器件插入关节）检查能被MRI取代。MRI能详细地完成膝盖
中关节软骨和十字韧带检查。由于MRI的无创性，感染的危险被排除了。
获奖者简历：美国伊利诺伊大学厄本那－香槟分校的保罗.C.劳特布尔（Paul C.
Lauterbur，1929－ ）和英国诺丁汉大学物理和天文学院的彼得.曼斯菲尔德爵士（Sir
Peter Mansfield ，1933－）平分了2003年度诺贝尔医学和生理学奖
保罗.C.劳特布尔
1929年5月6日在美国俄亥俄州西德尼出生，美国公民。
现地址：美国伊利诺伊州厄本那，伊利诺伊大学生物医学磁共振实验室。
（Biomedical Magnetic Resonance Laboratory, University of Illinois, 2100
South Goodwin Avenue, Urbana, IL 61801, USA）
学术生涯：
1951年，克利夫兰凯斯理工学院，化学专业理学士
1962年，宾州匹兹堡大学，化学专业理学博士
1969－1985年纽约大学石溪分校放射学化学教授
1985－1990年伊利诺伊大学芝加哥医学院教授
1985至今，伊利诺伊大学厄本那－香槟分校医学院生物医学磁共振实验室教授，主任。
曾获的部分荣誉和奖赏
1982年，医学磁共振学会金奖
1984年，阿尔伯特.拉斯克临床研究奖
1985年，美国国家科学院院士
1986年，欧洲磁共振奖
1987年，美国国家科学奖章
伦琴奖章
北美放射线学会金奖
1992年，国际磁共振学会医学奖
1994年，高科技京都奖
1999年，欧洲放射医学大会金奖
2001年，美国国家科学院化学服务社会奖
彼得.曼斯菲尔德爵士
1933年10月9日出生，英国公民
地址：英国诺丁汉大学物理和天文学院磁共振中心
（Magnetic Resonance Centre, School of Physics and Astronomy, University of
Nottingham, University Park, Nottingham, NG7 2RD, UK）
学术生涯：
1959年，伦敦大学玛丽女王学院理学士
1962年，伦敦大学物理学博士
1962－1964年，美国伊利诺伊大学物理系，副研究员
1964年，英国诺丁汉大学物理系，讲师
1968年，英国诺丁汉大学物理系，高级讲师
1972－1973年，海德堡马普医学研究院高级访问学者
1979年，英国诺丁汉大学物理系，教授
曾获的部分荣誉和奖赏
1983年，医学磁共振学会金奖
1984年，威尔康姆奖章
1987年，皇家学会会士
1988年，欧洲磁共振奖
1990年，穆拉德奖章
1993年，英国放射医学院荣誉院士
1993年，授勋
1995年，欧洲放射医学大会和欧洲放射医学协会金奖
飞水（bobpopwhite @ yahoo . com . cn）译
根据诺贝尔基金会网站英文内容（http://www.nobel.se/index.html）
北京时间2003年10月6日
磁共振成像 (MRI)
送交者: b0b0 2003年10月06日
磁共振成像是一种较新的医学成像技术，国际上从一九八二年才正式用于临床。它采用静磁场和射频磁场使人体组
织成像，在成像过程中，既不用电子离辐射、也不用造影剂就可获得高对比度的清晰图像。它能够从人体分子内部
反映出人体器官失常和早期病变。它在很多地方优于X线CT。虽然X-CT解决了人体影响重叠问题，但由于提供的图像
仍是组织对X射线吸收的空间分布图像，不能够提供人体器官的生理状态信息。当病变组织与周围正常组织的吸收系
数相同时，就无法提供有价值的信息。只有当病变发展到改变了器官形态、位置和自身增大到给人以异常感觉时才
能被发现。磁共振成像装置除了具备X线CT的解剖类型特点即获得无重叠的质子密度体层图像之外，还可借助核磁共
振原理精确地测出原子核弛豫时间T1和T2，能将人体组织中有关化学结构的信息反映出来。这些信息通过计算机重建
的图像是成分图像（化学结构像），它有能力将同样密度的不同组织和同一组织的不同化学结构通过影像显示表征
出来。这就便于区分脑中的灰质与白质，对组织坏死、恶性疾患和退化性疾病的早期诊断效果有极大的优越性，其
软组织的对比度也更为精确。
早在１９４６年，Edward Purcell和Felix Block领导的两个研究小组发现了物质的核磁共振现象。他们二人于１９
５２年被授予诺贝尔物理奖。核磁共振现象发现以后，很快就形成一门新的边缘学科，核磁共振波谱学。它可以使
人们在不破坏样品的情况下，通过核磁共振谱线的区别来确定各种分子结构。这就为临床医学提供了有利条件。1967
年，Jasper Jackson第一次从活的动物身上测得信号，使NMR方法有可能用于人体测量。1971年，R.Damadian教授利用
核磁共振谱仪对鼠的正常组织与癌变组织样品的核磁共振特性进行的研究发现，正常组织与癌变组织中水质子的T1值
有明显的不同。在X-CT发明的同年，1972年，Paul C. Lauterbur第一次作了以水为样本的二维图像，显示了核磁共振CT
的可能性，即自旋密度成像法。这些实验都使用限定的非均匀磁场，典型办法是使磁场强度沿空间坐标轴作线性变
化，以识别从不同空间位置发出的核磁共振信号。1978年，核磁共振的图像质量已达到X线CT的初期水平，并在医院
中进行人体试验。并最后定名为磁共振成像(MRI)。
MRI扫描已成为常规的医学影像检查技术
送交者: b0b0 2003年10月06日
1973年，英国物理学家Peter Mansfield教授与美国化学家Paul Lauterbur同时发现了应用核磁共振现象显示复杂人
体内部结构的方法，此后，Peter Mansfield 教授率先将磁共振显像（MRI）技术应用于临床。MRI因无创而清晰的人体
解剖结构显像和对活体组织的动态观察能力使神经科学、生理学和医学影像学发生了巨大变革。今天，全球估计有2
万台全身MRI在使用中，MRI扫描已成为常规的医学影像检查技术。
成像科学
送交者: mriguru 2003年10月06日
使核磁共振成像技术成为现实的一个决定性因素是处理大量而复杂的成像计算所必需的高速计算机。除了必要的计
算能力外，还有其它三个领域的研究成果也为核磁共振成像技术的诞生奠定了基础。第一项技术是英国电子工程师
Godfrey Hounsfield的研究成果。他在1971年制造了一种将X光机和电脑结合起来的仪器，并利用某些代数复制的原理
从多个角度对人体进行扫描，从而创造出一种内部结构的剖面图效果。实际上，Hounsfield并不知道，南非的核物理
学家Allan Cormack原本在1957年就公开发表了同样的设想，他使用的是一种被称为Radon转换的复制技术。虽然
Cormack的研究成果并未得到广泛的传播，但1979年他仍然由于在计算机化X射线断面成像(CT)技术领域的杰出贡献而
同Hounsfield共享了诺贝尔医学奖。CT技术的基本原理是很多在今天使用的成熟成像方法的基础。
对核磁共振成像至关重要的另两项研究成果同核磁共振相关。其中一项是将核磁共振技术作为医学检测工具的概念
化；另一个是从核磁共振数据中获得有效图像的可行方法的发明。
早在1959年，位于Berkeley的加州大学的J.R.Singer就曾建议，核磁共振技术可以被用作医学方面的检测工具。几年
后，Baylor医学院的Carlton Hazlewood公布了使用核磁共振技术检查病人的肌肉疾病的研究成果。然后在1969年，在
纽约布鲁克林区Downstate医学中心工作的物理学家Raymond Damadian开始设法使用核磁共振技术来探查人体内部的
癌症早期的征兆。在1970年的一次实验中，他利用外科手术切除了在实验室老鼠身上移植的快速生长的肿瘤，并证明
肿瘤的核磁共振信号同其它正常组织的信号是不同的。Damadian在1971年的《科学日报》上公布了这项实验的结果。
但是至今，Damadian的方法不能证明在临床检测癌症方面是可靠的。
而让根据人体活性组织产生的核磁共振信号制成有效的图像成为可能的关键技术进步要归功于在70年代初期领导位于
匹兹堡的核磁共振专营公司的化学家Paul Lauterbur。1971年，他看到化学家Leon Saryan重复Damadian对老鼠身上的
肿瘤和健康组织进行的实验。Lauterbur得出结论，认为这项技术不能为检查肿瘤提供足够的信息，因此他继续对该
技术进行改进，以获得一种使用核磁共振技术制图的有效方法。技术的关键在于能够对样品中发出的核磁共振信号
进行精确的定位：如果每个信号的位置都能被测定，样品的整体图像就可以制作出来。
Lauterbur的破天荒的创意是在空间上统一的静力磁场上添加一个较弱的磁场，这个磁场用一种控制方法使其在位置
上不与第一个磁场重叠，这样便创造出一种磁场强度上的差异。在样品的一端，叠加的磁场强度会很强，而在另一
端由于精确的校准，磁场强度会趋向于变弱。因为在外部磁场中的原子核的振荡频率同磁场强度成正比，不同位置
的样品会以不同的频率振荡。这样，可以根据不同的位置得出一个不同的共振频率。而且，各频段共振信号的强度
可以根据样品中包含的以不同频率共振和处于不同位置的原子核显示出相应样品中的具体信息。在信号上的细微差
别可以用来为分子的位置进行定位，从而制出相应的图像。(今天的核磁共振成像设备在被检测物体上叠加三套电磁
偏差线圈来为三种空间上的相关信号进行编码。)
在大西洋另一端的英国，英格兰诺丁汉大学的Peter Mansfield也有着类似的想法。1972年，他的研究逐渐深入到使用
核磁共振获得水晶物质在结构上的细节的领域。在1973年公布的研究结果中，Mansfield和他的伙伴也使用了磁场偏差
的方案。在1976年，Mansfield开发出一种快速扫描核磁共振成象技术，即回波平面成像技术。这种技术在几微秒内便
可扫描整个大脑。回波平面核磁共振成像技术对于在中风诊断中使用的快速核磁共振成像技术和用于脑部研究的功
能性核磁共振成像技术都是至关重要的。
在1972年发表时，Lauterbur的研究成果包括了一张测试样品——一对浸在水瓶中的试管——的图像。在使用小型核
磁共振扫描仪(他同时还使用了从CT扫描中借鉴的被称为后部发射的技术)得到了上述成果后，他继续对小的物体——
包括她女儿从他家附近的长岛抓到的一只小螃蟹进行成像的努力。到1974年，他已经可以使用大型核磁共振成像设备
对活老鼠的胸腔进行成像了。Mansfield在1975年时也可以对一些植物的茎以及一只死火鸡的腿进行成像。第二年，他
拍摄下了第一个人类的核磁共振成像照片——一个人的手指部的成像，包括检测到的骨头、骨髓、神经以及血管。
Damadian与此同时也致力于成像技术的研究。1977年，他成功地对一个男性的胸腔进行了成像。
到二十世纪八十年代初期，核磁共振成像技术领域的迅速发展让这种技术进入商业领域成为可能。(由于容易让人产
生不愉快的联想，“核”这个词被悄悄地从核磁共振技术的术语中去掉了。)高速计算机及超导磁铁的出现让研究人
员能制造出在敏感性和分辨率方面有了极大提高的更大的核磁共振设备。
所有跟贴:
well deserved - Dynasty 10/06/03 (0)
成像科学 - mriguru 10/06/03 (0)
磁共振成像 (MRI) - b0b0 10/06/03 (2)
MRI扫描已成为常规的医学影像检查技术 - b0b0 10/06/03 (1)
correction - Dynasty 10/06/03
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