彼得·曼斯菲爾德 Peter Mansfield 1933-2017 英國 2003年諾貝爾醫學獎獲得者

彼得·曼斯菲爾德爵士，英國物理學家，皇家學會會員，諾丁漢大學教授。由於在核磁共振現象方面的傑出成就，曼斯菲爾德爵士於2003年與保羅·勞特布林共同獲得諾貝爾生理學或醫學獎。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。

1.生於貧困，從印刷工人一路走到大學教授

1933年彼得·曼斯菲爾德出生在倫敦的一個普通家庭，他的父親是個煤氣工，母親是個服務員。由於戰爭的影響，15歲的他不得不中斷了學校教育，在一家印刷公司工作，他只能在夜校繼續學習，隨後又在白金漢郡韋斯科特的戰時供給部的火箭推進部門找到了一份工作。

1954年，曼斯菲爾德21歲，在倫敦大學瑪麗皇后學院兼職學習科學課程，並獲得了物理學學位。1959年，還是博士生的曼斯菲爾德在觀察一組核磁共振無線電激發脈衝的部分固體時，發現了一個意想不到的“固體回波”。

這一發現需要複雜的量子力學加以解釋，並引起了核磁共振先驅查爾斯·斯利特（Charles Slichter）的注意，他邀請曼斯菲爾德前往厄巴納的伊利諾伊大學從事博士後研究。不久之後，他被他的博士後導師雷蒙德·安德魯（Raymond Andrew）招募到英國諾丁漢大學物理系，擔任物理講師，直到30年後退休。

在英國諾丁漢大學的時光裡，他組建團隊完成磁共振成像的理論研究、儀器搭建、序列探索等，開啟了他輝煌的科研人生。

2.磁共振成像的起源發展

在科學界，每一個偉大的技術，從原理到實際應用往往有漫長的距離。這一點核磁共振也不例外。早在1945年，諾貝爾物理學獎獲得者布洛赫和珀塞爾幾乎同時做出核磁共振現象（詳情點選這篇文章），直到1977年人類才真正得到第一幅人體磁共振影象。

現代核磁共振成像技術在歐洲和美國以獨立的技術路線分別開展。

美國方面：

1971年美國紐約州立大學的達馬迪安（Raymond Damadian）在Science《科學》雜誌上發表論文Tumor detection by nuclear magneticresonance提示正常組織與腫瘤組織有不同的核磁弛豫時間，可以利用這個特徵進行疾病的診斷，正式將磁共振引入醫學領域。

1973年，美國科學家保羅·勞特布林（Paul · Lauterbur）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影象。

歐洲方面：

同樣在1973年，荷蘭的中心實驗室搭建完成了最初的磁共振成像系統，這套系統對充滿液體的物體進行了成像，得到了著名的核磁共振影象“諾丁漢的橙子”。

圖：世界上第一幅磁共振影象：諾丁漢的橙子

被譽為“磁共振發明人”的英國科學家彼得 · 曼斯菲爾德（Peter · Mansfield）爵士在此時登場，在保羅·勞特布林基礎上，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影象，並且發明了一種方法來選擇成像材料的切片，提出了建立影象的關鍵概念（“線掃描成像”）。

之後，美國方面紐約大學雷蒙德·達馬迪安教授團隊研製了第一臺全身磁共振成像裝置並於7月3日得到到了第一幅人體磁共振影象——胸部軸位質子密度加權影象。

歐洲方面，1977年，曼斯菲爾德團隊在自己搭建的核磁共振儀器上獲得了首張人體器官的MRI影象：學生的手指橫截面影象。

圖：曼斯菲爾德的研究學生Andrew Maudsley博士的手指的橫截面

此時他並未止步於此，而是大膽提出要製造一種儀器對整個人體進行檢測。這樣的大膽設想，在當時遭到許多人的反對。更何況當時的電磁場可能對人體造成極大的傷害。但是曼斯菲爾德堅持要做人體磁共振成像。

當時的裝置非常簡陋，巨大的磁場電流環繞，讓被測人非常不舒服。掃描過程忍受數十分鐘50度的高溫，身體被強大的電流波環繞，滿身流汗，甚至心臟病發作的風險。即便如此，曼斯菲爾德敢於拿自己做試驗，這讓我想起了中國偉大的科學家屠呦呦，研究青蒿素的時候，用自己的身體來當人體科學實驗的小白鼠研究青蒿素的科學性和安全性。

曼斯菲爾德極為關注成像速度，他在1977年開發了平面回波成像技術（EPI）來解決這個問題。平面回波成像技術要求快速變換的磁場梯度在1秒鐘內收集完整影象所需的資料，這比早期方法快了將近100倍。曼斯菲爾德開發的這一技術主要用於心臟成像，產生了第一個冠狀動脈血管的實時核磁共振影象。

在此之後，1980年，第一個臨床使用的核磁共振掃描器在阿伯丁大學研發成功，並於1984年進入市場。此後磁共振成像技術正式進入醫院，為人類的醫療診斷服務。

保羅·勞斯布林和彼得·曼斯菲爾德共同獲得2003年諾貝爾醫學獎

3.磁共振成像技術，當代醫學最有用的成像技術之一

2003年，諾貝爾醫學獎的頒獎典禮上曾這樣對兩個科學家的貢獻做出這樣的總結和評價：“

磁共振成像是當代醫學最有用的成像方式，這將對醫學及其發展產生重要的作用，最重要的患者將會從中受益

。”

如今，磁共振成像技術獲得了長足的發展，已成為影像學四大常規檢查手段之一（四大常規手段：磁共振成像，X射線成像，超聲成像與核醫學成像）。相對其他技術而言，磁共振成像對軟組織的分辨能力高，無輻射損傷的優勢使其在胎兒腦發育過程、嬰幼兒發育和骨骼韌帶勞損等方面獲得了無可替代的應用。

在發展方向上，在磁共振成像領域，有兩個發展趨勢，一個是超導方向，又稱為高場，場強一般在1。5T以上；一個是永磁方向，又稱為低場，場強在0。2T-0。5T之間。

高場方面，目前醫院主流的磁共振裝置場強已超過1。5T，7T，據報道世界上最高的醫學成像磁場強度為11。7T。

圖：使用紐邁23MHz低場核磁裝置所做的岩心成像

在低磁場方面，以

紐邁分析為代表的低場核磁共振產品

，例如能源領域2MHz的核磁共振岩心分析儀主要用於核磁測井，12MHz（約0。3T）廣泛用於岩石流體分佈、裂縫發育、內部結構分析等方面的研究。

在應用場景上

，磁共振技術不僅僅應用在臨床診療，還在科研、企業生產、品質控制方面有廣泛應用，未來正在探索在海關質檢、市場監督執法等方面的應用可能。

雖然國核心磁共振技術無論從技術、產品還是應用都開展較晚，但我們一直在奮起直追不斷縮小與發達國家的技術差距。紐邁分析願意和大家一起不懈努力，用自己的專業擅長為核磁共振的發展，做出自己的貢獻，為國產高階磁共振系統產業化做出應用的貢獻。