韓前廣/編譯

彼得·曼斯菲爾德（1933—2017）

韓前廣/編譯

● 彼得·曼斯菲爾德發(fā)明了革命性的醫(yī)療技術(shù)——磁共振成像技術(shù)（MRI）。

英國著名物理學(xué)家彼得·曼斯菲爾德在1972年的發(fā)現(xiàn)推動了磁共振成像技術(shù)（MRI）的發(fā)展，造福了數(shù)以百萬計的人。曼斯菲爾德是一位受過傳統(tǒng)訓(xùn)練的物理學(xué)家，他意識到可以利用核磁共振（NMR）技術(shù)獲得活體組織的橫截面影像。他開發(fā)的安全、無侵襲技術(shù)可以對組織切片的軟組織和器官清晰成像，革新了醫(yī)療診斷，改變了人腦的研究。仰賴這項工作，他獲得了2003年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

曼斯菲爾德于2017年2月8日逝世。1933年他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(wù)員。由于戰(zhàn)爭的影響，15歲的他不得不中斷了學(xué)校教育，在一家印刷公司工作，他只能在夜校繼續(xù)學(xué)習(xí)，隨后又在白金漢郡韋斯科特的戰(zhàn)時供給部的火箭推進部門找到了一份工作。經(jīng)過一段時間的軍隊生涯后，24歲的曼斯菲爾德在倫敦大學(xué)瑪麗皇后學(xué)院的業(yè)余課程上學(xué)習(xí)科學(xué)，并獲得理學(xué)學(xué)士學(xué)位。

在這里，他與核磁共振物理學(xué)家杰克·波爾斯建立了持久的聯(lián)系。核磁共振利用一個事實，即氫原子核能發(fā)揮精微指南針的作用，在強磁場中，氫原子核將有序排列，當(dāng)射入電磁波脈沖時，原子核的能量分布發(fā)生改變。脈沖過后，原子核發(fā)出共振波并回到以前的狀態(tài)，可以據(jù)此推斷出原子核所處的原子結(jié)構(gòu)。

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(fā)脈沖的部分固體時，發(fā)現(xiàn)了一個意想不到的“固體回波”。這一發(fā)現(xiàn)需要復(fù)雜的量子力學(xué)加以解釋，并引起了核磁共振先驅(qū)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(xué)從事博士后研究。不久之后，他被他的博士后導(dǎo)師雷蒙德·安德魯（Raymond Andrew）招募到英國諾丁漢大學(xué)物理系，在那里他繼續(xù)他的職業(yè)生涯（我們見面的地方）。

1972年，曼斯菲爾德提出可以用核磁共振替代X射線來研究晶體結(jié)構(gòu)。他意識到：他可以在k空間形成自旋物理來繪制自旋的空間分布圖像。在一次關(guān)鍵實驗中，曼斯菲爾德將磁場梯度應(yīng)用到毫米厚的樟腦層，并測量了核磁共振譜。磁場梯度可以將核磁共振信號擴散到樟腦層的衍射圖中。用著名的傅立葉變換可以將這些信息轉(zhuǎn)換為相關(guān)圖像。

曼斯菲爾德得知保羅·勞特布爾（Paul Lauterbur）（他們后來共同獲得了諾貝爾獎）幾乎同時表示：旋轉(zhuǎn)磁場梯度可以生成液體的核磁共振圖像。因此，考慮到高含水的活體組織成像的潛力，勞特布爾也轉(zhuǎn)移到了液體成像技術(shù)領(lǐng)域。曼斯菲爾德發(fā)明了一種方法來選擇成像材料的切片，提出了創(chuàng)建圖像的關(guān)鍵概念（“線掃描成像”）。這項工作是一系列開創(chuàng)性論文和第一本關(guān)于磁共振成像技術(shù)的書——《生物醫(yī)學(xué)中的核磁共振成像》的部分（愛思唯爾，1982）。

1977年，曼斯菲爾德領(lǐng)導(dǎo)的團隊獲得了首張人體器官的MRI圖像：學(xué)生的手指橫截面圖像，這使該小組獲得了研究人體全身掃描成像技術(shù)的足夠資金。1978年，盡管擔(dān)心大的磁場會導(dǎo)致心臟病發(fā)作，但曼斯菲爾德和他的團隊仍然對自己研制的人體成像掃描儀充滿信心。曼斯菲爾德是一個勇敢的人，成為第一個使用高速線掃描成像技術(shù)進行腹部成像的人。

曼斯菲爾德極為關(guān)注成像速度，他在1977年開發(fā)了平面回波成像技術(shù)（EPI）來解決這個問題。平面回波成像技術(shù)要求快速變換的磁場梯度在1秒鐘內(nèi)收集完整圖像所需的數(shù)據(jù)，這比早期方法快了將近100倍。曼斯菲爾德開發(fā)的這一技術(shù)主要用于心臟成像，產(chǎn)生了第一個冠狀動脈血管的實時核磁共振圖像。

1980年，第一個臨床使用的核磁共振掃描儀在阿伯丁大學(xué)研發(fā)成功，并于1984年進入市場。該技術(shù)的無侵襲力和優(yōu)異的軟組織對比度推動了診斷放射學(xué)的巨大發(fā)展，并催生了一個新的行業(yè)。

在20世紀(jì)80年代后期，我從曼斯菲爾德的諾丁漢實驗室來到美國國立衛(wèi)生研究院工作。我展示了平面回波成像技術(shù)可以即時映射腦血氧的變化。平面回波成像技術(shù)導(dǎo)致了功能性磁共振成像 （fMRI）技術(shù)，現(xiàn)在用于實時探測人類的大腦活動。

1987年，曼斯菲爾德當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員，并于1993年被授予爵士稱號。他擁有多項專利，并認(rèn)為發(fā)明家獲得適當(dāng)?shù)莫剟钕喈?dāng)重要。1991年，鑒于重要專利的使用費和研究經(jīng)費的增加，他在諾丁漢開設(shè)了致力于磁共振成像技術(shù)研究的“彼得·曼斯菲爾德影像中心”。

彼得（他的團隊一直稱他為“PM”）于1994年退休，但他仍然與同事繼續(xù)合作。他的領(lǐng)導(dǎo)能力、熱情、細(xì)致和學(xué)識使他成果斐然，他一直致力于實驗，實驗室里的他也是最快樂的。他也喜歡語言，曾經(jīng)安排博士后教他的研究團隊阿拉伯語。他熱情慷慨，培養(yǎng)了源源不斷的有才華的博士生，為MRI科學(xué)的新興領(lǐng)域提供了有生力量。許多人被他的樸實無華和笑容深深感染。

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：岳 峰]

羅伯特·特納（Robert Turner）是德國萊比錫馬克·普朗克人類認(rèn)知和腦科學(xué)研究所的神經(jīng)物理學(xué)名譽主任，1984至1988年他曾與彼得·曼斯菲爾德在諾丁漢大學(xué)合作。