彼得·曼斯菲爾德（1933—2017）

韓前廣/編譯

彼得·曼斯菲爾德（1933—2017）

韓前廣/編譯

● 彼得·曼斯菲爾德發明了革命性的醫療技術——磁共振成像技術（MRI）。

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

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，母親是個服務員。由于戰爭的影響，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，隨后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。經過一段時間的軍隊生涯后，24歲的曼斯菲爾德在倫敦大學瑪麗皇后學院的業余課程上學習科學，并獲得理學學士學位。

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

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沖的部分固體時，發現了一個意想不到的“固體回波”。這一發現需要復雜的量子力學加以解釋，并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后研究。不久之后，他被他的博士后導師雷蒙德·安德魯（Raymond Andrew）招募到英國諾丁漢大學物理系，在那里他繼續他的職業生涯（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射線來研究晶體結構。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。在一次關鍵實驗中，曼斯菲爾德將磁場梯度應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換為相關圖像。

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，勞特布爾也轉移到了液體成像技術領域。曼斯菲爾德發明了一種方法來選擇成像材料的切片，提出了創建圖像的關鍵概念（“線掃描成像”）。這項工作是一系列開創性論文和第一本關于磁共振成像技術的書——《生物醫學中的核磁共振成像》的部分（愛思唯爾，1982）。

1977年，曼斯菲爾德領導的團隊獲得了首張人體器官的MRI圖像：學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的足夠資金。1978年，盡管擔心大的磁場會導致心臟病發作，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進行腹部成像的人。

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秒鐘內收集完整圖像所需的數據，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于心臟成像，產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研發成功，并于1984年進入市場。該技術的無侵襲力和優異的軟組織對比度推動了診斷放射學的巨大發展，并催生了一個新的行業。

在20世紀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生研究院工作。我展示了平面回波成像技術可以即時映射腦血氧的變化。平面回波成像技術導致了功能性磁共振成像 （fMRI）技術，現在用于實時探測人類的大腦活動。

1987年，曼斯菲爾德當選為英國皇家學會會員，并于1993年被授予爵士稱號。他擁有多項專利，并認為發明家獲得適當的獎勵相當重要。1991年，鑒于重要專利的使用費和研究經費的增加，他在諾丁漢開設了致力于磁共振成像技術研究的“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合作。他的領導能力、熱情、細致和學識使他成果斐然，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，曾經安排博士后教他的研究團隊阿拉伯語。他熱情慷慨，培養了源源不斷的有才華的博士生，為MRI科學的新興領域提供了有生力量。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·普朗克人類認知和腦科學研究所的神經物理學名譽主任，1984至1988年他曾與彼得·曼斯菲爾德在諾丁漢大學合作。