核磁共振的發(fā)展簡史

來源：上海紐邁電子科技有限公司 2025年06月25日 07:33

核磁共振成像 (NMRI，Nuclear Magnetic Resonance Imaging)，也稱磁共振成像(MRI，Magnetic Resonance Imaging)，是一種核物理現(xiàn)象，MRI的物理基礎(chǔ)是核磁共振(NMR，Nuclear Magnetic Resonance)理論。

所謂NMR，是指與物質(zhì)磁性和磁場相關(guān)的共振現(xiàn)象。也可以說，它是低能量電磁波，即射頻波與既有角動(dòng)量又有磁矩的核系統(tǒng)在外磁場中相互作用所表現(xiàn)出的物理特性。利用這一現(xiàn)象不僅能研究物質(zhì)的成分，還可觀察其微觀結(jié)構(gòu)。據(jù)此，人們以各種射頻脈沖序列對(duì)生物體進(jìn)行激勵(lì)，并用檢測線圈記錄組織的弛豫、質(zhì)子密度、流動(dòng)、化學(xué)位移、擴(kuò)散、灌注、血液氧合狀態(tài)和組織溫度等信息，就出現(xiàn)了MRI 技術(shù)。從 NMR 的發(fā)現(xiàn)到 MRI 裝置的誕生，這中間經(jīng)歷了幾代物理學(xué)家及醫(yī)學(xué)家長達(dá)數(shù)十年的辛勤努力。

早在20世紀(jì)30年代，物理學(xué)家伊西多·艾薩克·拉比就發(fā)現(xiàn)，在磁場中的原子核會(huì)沿磁場方向呈正向或反向有序平行排列（圖1（b）），而施加無線電波之后，原子核的自旋方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)（圖1（c））。這是人類關(guān)于原子核與磁場以及外加射頻場相互作用的認(rèn)識(shí)。1946年，美國物理學(xué)家費(fèi)利克斯·布洛赫（Felix Bloch）和愛德華·珀塞爾（Edward Purcell）發(fā)現(xiàn)位于磁場中的原子核受到高頻電磁場激發(fā)會(huì)傾斜。而當(dāng)高頻場關(guān)閉后，原子核將釋放吸收的能量，并且回歸到原始狀態(tài)（圖1（b）至圖1（d）過程）。由此核磁共振（N MR）現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，早先它僅被用在化學(xué)分析中。因其在磁共振成像理論基礎(chǔ)方面的杰出貢獻(xiàn)，伊西多·艾薩克·拉比獲1944年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，費(fèi)利克斯·布洛赫和愛德華·米爾斯·珀塞耳則分享了1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1958年，穆斯堡爾發(fā)現(xiàn)了Ir原子核在低溫下的r射線的共振吸收，即原子核基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間發(fā)生的核共振現(xiàn)象。穆斯堡爾在1961年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

1968年，理查德·恩斯特團(tuán)隊(duì)改進(jìn)激發(fā)脈沖序列和分析算法，大大提高信號(hào)的靈敏度以及成像速度后，磁共振技術(shù)才逐步成熟。在1975 年使用相位和頻率編碼以及傅立葉變換引入了二維核磁共振法。理查德·恩斯特本人也因此榮獲1991年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

20世紀(jì)70年代后，MRI的研究主要以歐洲和美國為中心，都分別取得了巨大的成就。

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