核磁共振是怎么“变成”磁共振的？

孟想成真

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以MRI来替代NMR，去掉nuclear核这个词，避免人们过度联系。另外，还有一种说法就是，这个N-nuclear，会让一些医务人员把磁共振所在的放射科错误的以为是核医学科。

这里需要说明的是我们本文指的磁共振主要代表医用磁共振或者磁共振成像。其实利用核磁共振这种物理现在得到的核磁共振仪器有很多功能。
我们日常去医院看到的磁共振设备或者叫做磁共振扫描仪是基于物理上的核磁共振原理工作的。
该技术的物理基础则是核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）现象。我们在谈论磁共振或者磁共振技术的时候其实是默认指代的医用磁共振或者磁共振成像技术。
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）就是指采用核磁共振技术进行的医用磁共振扫描成像。北欧有些国家把它称为MRT（Magnetic Resonance Tomography, MRT），类似CT。当然，MRT没有MRI准确，因为磁共振不只是能够做断面（层）成像，还可以进行3D成像以及实现磁共振波谱。

前文链接：磁共振2D和3D扫描序列的区别

由于上世纪70年代的美苏冷战背景，加之1979年美国宾夕法尼亚州三里岛核事故和1986年苏联切尔诺贝利核事故等影响，老百姓谈“核”色变，所以将核磁共振技术的核（Nuclear）有意淡化，统称为磁共振技术。

图1:1979年美国三里岛核事故

图2:1986年苏联切尔诺贝利核事故

除了医学范畴，磁共振技术在其他领域的应用也非常广泛，甚至远远早于医学领域。磁共振技术在植物领域中的应用就非常普遍，比如对于植物休眠的监测、对植物发育的监测、对植物化学结构的定性定量分析等。磁共振在石油等工业领域以及在有机化学分析中的应用也是不可或缺的。
20世纪初开始，许多科学家致力于核物理的研究。早在1946年珀塞尔（Edward Purcell）和布洛赫（Felix Bloch）分别独立的发现了核磁共振这个物理现象之前，已经有很多关于核物理方面的突破性研究。1913年，斯特恩（Otto Stern）应用分子束共振方法，测量出了质子磁矩。1938年，拉比（Isidor Isaac Rabi）完成了第一个分子束核磁共振实验。1944年，苏联科学家扎沃伊斯基（Евгений Константинович Завойский）发现了电子自旋现象。
前文链接：磁共振历史——被遗忘的国家——苏联

然而，从1946年核磁共振现象的发现到真正把核磁共振技术用于医学经历了很长的一段时间。
1971年美国纽约州立大学的达马迪安（Raymond Damadian）在Science《科学》杂志上发表论文Tumor detection by nuclear magneticresonance提示正常组织与肿瘤组织有不同的核磁弛豫时间，可以利用这个特征进行疾病的诊断。该论文的重要意义在于首先提示了不同组织之间弛豫时间不同，将核磁共振技术引入了医疗领域的研究。
1973年美国纽约州立大学的另一位科学家劳特堡（Paul Lauterbur）在Nature《自然》杂志上发表论文Image Formation by Induced LocalInteractions: Examples Employing Nuclear Magnetic Resonance，采用投影法可以重建NMR信号获得图像。刚开始它把这种方法称为Zeugmatography，共轭成像法。
同年，英国诺丁汉大学的科学家曼斯菲尔德（Peter Mansfield）也发表了采用NMR技术获得图像的论文。此外，1977年，曼斯菲尔德还发明了平面回波成像法（Echo Planar Imaging, EPI）。
1975年，瑞士的恩斯特（Richard Ernst）提出利用相位和频率编码以及傅里叶变换进行磁共振成像。1977年，达马迪安和同事建成了第一台全身磁共振成像装置，称为聚焦场的核磁共振成像。

图3：达马迪安和他的全身磁共振扫描仪

到底磁共振成像是谁发明的，这个问题一直有争议。有专家认为是劳特堡发明的，因为1973年他就在《自然》杂志上发表论文阐述可以将磁共振技术用于重建图像。而也有人认为是达马迪安，他是第一个参与全身磁共振成像系统研究并且获得第一幅人体横断面磁共振图像的人。其实，早在20年前，ErikOdeblad和Gunnar Lindström就发表论文证明采用磁共振技术观察到不同生物组织具有不同的弛豫时间的特性。1950年，哈恩（Erwin Hahn）就发明了自旋回波（spin echo）技术和自由感应衰减（free induction decay）技术。苏联物理学家伊万诺夫（Владислав Александрович Иванов）1960年申请了一个采用磁共振技术进行成像的专利，其引入梯度磁场并且结合频率选择激发的方式非常接近于现在的磁共振成像技术。2003年，诺贝尔生理学或医学奖授予了劳特堡和曼斯菲尔德，表彰他们对磁共振成像的贡献。综合来看，医用磁共振是在多位研究者前赴后继的探索道路中逐渐发展的，众多科学家的智慧结晶形成了今天的磁共振成像。
前文链接：磁共振与诺贝尔奖——奇闻轶事

所以，我们现在说的磁共振成像主要就是指的医用核磁共振成像。以MRI来替代NMR，去掉nuclear核这个词，避免人们过度联系。另外，还有一种说法就是，这个N-nuclear，会让一些医务人员把磁共振所在的放射科错误的以为是核医学科。
而且磁共振成像的一个主要优势就是没有电离辐射，那么为了突出这个特点，采用磁共振远远好于核磁共振。
前文链接：关于电离辐射——我们需要知道的

关于这一部分内容，公众号里的讲座也有涉及：

有趣的影像学专题讲座

最后需要说一句的是，其实从物理角度来讲，把核磁共振等同于磁共振并不是很严谨。因为磁共振包含的意义更多，大于核磁共振，磁共振包括：ESR电子自旋共振，核磁共振，.....。所以，严格来说，核磁共振不等于磁共振。



2020.4.17            于             成都
        Viktor Lee   李懋

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